Estudio de la Resonancia Estócastica en el Sistema Táctil Humano

Abstract

El sentido del tacto ha sido usado en una diversidad de aplicaciones tales como la telecirugía, la robótica y la realidad virtual, entre otras. En la última década han surgido aplicaciones en que la adición de vibraciones mecánicas aleatorias (ruido táctil) permite mejorar la percepción de pequeños estímulos táctiles. Este fenómeno, denominado resonancia estocástica (RE), consiste en que la detección de un estímulo débil o sub-umbral puede ser mejorada por la adición de un nivel óptimo de ruido. La interpretación usual de la RE en psicofísica es que el ruido óptimo ayuda al estímulo, en fase con él, a superar la barrera umbral del sistema sensorial. El objetivo de esta tesis es demostrar que esta interpretación de la RE no explica resultados experimentales claves. Por otra parte, se contrasta la RE con la teoría de detección de señales y la teoría de la incerteza (TI). Se diseñó un protocolo experimental para seis individuos (4 hombres y 2 mujeres) a quienes se les presentó, en su dedo índice, estímulos táctiles de tipo pulso rectangular de 300 ms en un intervalo de atención de 1,5 s. En un primer experimento se estimó el umbral de percepción. En un segundo experimento, usando un estímulo sub-umbral, se determinó las detecciones resultantes de sumar cinco niveles distintos de ruido a todo el intervalo de atención. Se identificó el nivel de ruido óptimo que mejora la percepción del estímulo. En un tercer experimento, y usando el mismo estímulo sub-umbral, se midieron las detecciones obtenidas al añadir el nivel de ruido óptimo de dos formas distintas: en todo el intervalo de atención (condición 1) y sólo durante el pulso rectangular (condición 2). Si el ruido ayudara al estímulo a superar el umbral como lo plantea la RE, entonces las condiciones 1 y 2 del tercer experimento deberían ser equivalentes puesto que en ambos casos el ruido generaría cruces de umbral en fase con el estímulo. En cambio, de acuerdo a la TI, si el ruido está limitado a la duración del pulso como en la condición 2, la detección mejoraría respecto de la condición 1 porque el ruido ayuda al observador a reforzar su memoria respecto del tiempo de inicio y término del estímulo. Los resultados experimentales muestran que en el segundo experimento todos los individuos mejoraron su detección para un nivel no nulo y pequeño de ruido, llamado ruido óptimo. Esta mejora es estadísticamente significativa con respecto a la situación en que el individuo responde al azar, de acuerdo a un test binomial. En el tercer experimento los seis individuos tuvieron mejor desempeño en las pruebas correspondientes a la condición 2, obteniéndose un promedio de porcentajes de aciertos del 81,75 %, mucho mayor que el 71,08 % promedio obtenido para la condición 1. Se prueba además que esta diferencia es significativa al hacer un test binomial. La diferencia experimental encontrada entre las condiciones 1 y 2 del tercer experimento demuestra que existe inconsistencia al considerar efectos de la RE en el sistema táctil humano. Estos hallazgos son significativos ya que exigen una interpretación alternativa a la RE tradicional. Se prueba, además, que el ruido puede ser usado como un pedestal que mejora aún más la percepción táctil si coincide en tiempo de inicio y duración con el estímulo.