BIOINGENIERIA Acta Científica Venezolana, 55: 91-96, 2004 CLASIFICADOR DE DOBLE VENTANA PARA BIOSEÑALES BASADO EN UN CIRCUITO MICROCONTROLADOR Juan J. Da Costa 1 , Carlos Villanueva 1 y Antonio Eblen-Zajjur 2 1 Dpto. Electrónica y Comunicaciones, Facultad de Ingeniería 2 Dpto. Ciencias Fisiológicas, Facultad de Ciencias de la Salud Universidad de Carabobo, P.O. Box 3798, El Trigal, Valencia-Venezuela. e-mail: aeblen@uc.edu.ve Recibido: 05/03/03; Revisado: 16/12/03; Aceptado: 03/02/04 RESUMEN: Los registros eléctricos extracelulares, de campo, multicelulares u oligocelulares, aportan una mayor cantidad de información si las diferentes ondas que los constituyen son clasificadas para su adecuado análisis. Aquí se describe un dispositivo clasificador de bioseñales, basado en un circuito microcontrolador con la capacidad para usar dos criterios simultáneos (amplitud y período refractario) para la clasificación y dos salidas del tipo TTL. Los principales componentes usados fueron: un convertidor A/D ADC0834 y dos microcontroladores PIC16F84A-20 y PIC16F84A-10, siendo el coste total final del dispositivo menor a US$60. El circuito permite establecer dos umbrales de amplitud (alto y bajo) y, simultáneamente, fijar la duración del período de retardo (1 ó 1,5 ms) para excluír descargas de la misma amplitud no pertenecientes a la misma célula. Adicionalmente, posee una pantalla de cristal líquido para presentar los conteos correspondientes a los eventos clasificados. El dispositivo fue probado, tanto con señales combinadas generadas por dos estimuladores en frecuencias de 5 a 100Hz, como con registros extracelulares in vivo de neuronas del asta dorsal medular de ratas. El error máximo en la clasificación fue de 3,2%, aún en altas frecuencias de descarga. Las salidas son compatibles con los sistemas convencionales de registro y análisis en ordenadores. El circuito clasificador de bioseñales aquí descrito constituye una alternativa excelente y de bajo coste con amplia aplicación, tanto en neurociencias como en otras áreas de investigación básica y clínica. Palabras clave: Discriminador de ventana, potencial de acción, registro multineuronal, registro extracelular, procesamiento de señales, Electrocardiograma. MICROCONTROLLER-BASED DOUBLE WINDOW SORTER FOR BIOSIGNALS ABSTRACT: More information could be obtained from extracellular, field potentials, multicellular or oligocellular electrical recordings, if constituting waves were sorted for their analysis. Here a biosignal sorting device is described, based on a microcontroller circuit able to use two different and simultaneous sorting criteria (amplitude and refractory period), generating two TTL-type outputs. An ADC0834 A/D converter and two PIC16F84A-20 and PIC16F84A-10 microcontrollers were the main circuits used. Two amplitude thresholds (high and low) can be set simultaneously to a delay period (1 or 1.5 ms), allowing the exclusion of waves of the same amplitude but not coming from the same cell. Sorted waves counts are presented on a liquid crystal display. The final total cost of the device was less than US$60. The sorter device was tested with combined pulses generated by two stimulators, at frequencies from 5 to 100Hz, as well as with in vivo extracellular neuronal recordings from the spinal dorsal horn of rats. The maximal sorting error was 3.2% at high frequency. The device outputs are compatible with conventional acquisition and analysis computer systems. The described sorting device described is an excellent low cost alternative with wide application in neuroscience and other basic or clinical research areas. Key Words: Window sorter, action potential, multineuronal record, extracellular record, signal processing, electrocardiogram. INTRODUCCION Mediante la técnica de registro extracelular es posible obtener información sobre el comportamiento eléctrico de un grupo de neuronas. Para ello se emplean generalmente microelectrodos de metal (tungsteno o iridio) con impedancias de 4 a 15 MΩ conectados a amplificadores de muy bajo ruido 7,9 , lo que permite registrar señales de células en un esferoide de aproximadamente 120 a 150 µm de diámetro alrededor de la punta del electrodo 2,9 . La amplitud y morfología de las descargas registradas depende en forma inversa de la distancia neurona-electrodo y de las características de conducción eléctrica del medio extracelular, ésto hace que la señal obtenida sea una mezcla de potenciales de amplitud y duración diferentes entre las neuronas registradas. La información obtenida de los registros multi y oligoneuronales aunque potencialmente enorme, se encuentra limitada por ser una mezcla de señales provenientes de neuronas o subpoblaciones de ellas de conductas eléctricas diferentes 6 . Este hecho es particularmente importante no sólo en investigación básica sino también en la clínica neuroquirúrgica por cuanto aporta información relevante acerca de localizaciones corticales o subcorticales de estos subgrupos neuronales y del electrodo destinado a su registro, estimulación crónica, y/o análisis de su respuesta farmacológica, entre otras ventajas. Consecuentemente, se han desarrollado técnicas de clasificación entre las que se encuentran discriminadores de ventana única (amplitud) o doble (amplitud y duración), los clasificadores por plantilla o basados en el componente principal de las ondas 2 . La elección del