En la pasada convocatoria de proyectos del Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO) presentamos un proyecto coordinado entre 4 universidades (ref. TEC2012-38630-C04-0x) que consiguió parte de la financiación solicitada. El tema central del proyecto era el desarrollo de tecnologías del ámbito de la biometría para aplicaciones en salud y seguridad.   

La biometría enfocada a personas engloba un amplio grupo de aplicaciones, siendo las más importantes las de salud y seguridad. Si bien tradicionalmente se han abordado dos campos por separado, hay interacciones entre ellas.

Con el aumento de la esperanza de vida, cada vez adquieren más importancia los problemas asociados al deterioro cognitivo, claramente visibles a partir de la medida de señales biométricas de comportamiento (voz, firma, escritura, forma de caminar, etc). Por otra parte, el envejecimiento de las personas afecta a las tasas de reconocimiento de los sistemas biométricos de seguridad.

En los sistemas biométricos de salud, interesa disponer de medidas que puedan indicar cuantitativamente el estado de salud de la persona. Especialmente en el caso de patologías para las que no existen marcadores biológicos y en el que el diagnóstico precoz resulta complicado y se suele hacer a partir de exámenes de las capacidades cognoscitivas del individuo. En estos casos, un análisis basado en ordenador y procesamiento de señal puede mejorar significativamente las valoraciones realizadas por expertos del ámbito sanitario, ya que la mayoría de las veces sus valoraciones son más de tipo cualitativo que cuantitativo.

En los sistemas biométricos de seguridad, interesa utilizar medidas con baja variabilidad intra-clase, robustas con el paso del tiempo, y estables frente a cambios de salud. Para extraer estas características es necesario disponer de muestras a lo largo de las diferentes etapas de la vida y estados de salud. De esta forma se puede observar qué tipo de medidas se degradan antes y cuáles tienen una menor deriva temporal y por lo tanto son más adecuadas a la hora de plantear sistemas de seguridad que funcionen a largo plazo.

Lo ideal es abordar la biometría desde un punto de vista más global, considerando tanto las aplicaciones de seguridad como los de salud, de modo que el conocimiento de una de las áreas pueda enriquecer y mejorar a la otra.

Señales biométricas y los posibles campos de aplicación en salud

Uno de los principales problemas de la mayoría de rasgos biométricos son las derivas temporales que experimentan debidas a la variabilidad intrapersona, pero también debidos a problemas asociados a estados de salud y envejecimiento, de forma que resulta especialmente interesante extraer parámetros robustos a todos estos fenómenos asociados a las personas. 

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Figura 1. Señales biométricas y los posibles campos de aplicación

La figura 1 muestra diferentes señales biométricas relacionadas con las personas y sus posibles campos de aplicación, observándose una clara sinergia con el campo de la salud.

Existen evidencias científicas de las manifestaciones en rasgos físicos o de comportamiento de los diferentes deteriores neurológicos o cognitivos, ya sean debidos a diferentes patologías o simplemente del envejecimiento. Ocasionalmente, estos deterioros derivan en accidentes cereborvasculares, que pueden ocurrir a cualquier edad, en ambos sexos y en todas las razas de todos los países. Los científicos continúan encontrado factores de riesgo, así como correlaciones con nuevos síntomas o grupos poblacionales.

De forma previa a la aparición de este tipo de accidentes, el cuerpo envía señales de aviso con un marcado origen neurológico. Entre estas se encuentran las siguientes:

  • Entumecimiento, debilidad o parálisis repentina de la cara, el brazo o la pierna, especialmente en un solo lado del cuerpo.
  • Confusión repentina, dificultad al hablar, o del entendimiento del habla.
  • Dificultad repentina para ver en uno o en ambos ojos.
  • Dificultad repentina al caminar, vértigo, o pérdida del equilibrio o de la coordinación.
  • Dolores de cabeza fuertes, repentinos y sin causa conocida.

A modo de ejemplo, es bien conocido que la degradación de la calidad en la escritura o en la voz es uno de los síntomas de demencias, tales como las enfermedades de Parkinson, Alzheimer, y la Esclerosis Múltiple.

Adicionalmente, la sensación de vértigo producida por determinadas alteraciones neurológicas produce un reflejo entre el oído interno y el ojo, llamado reflejo vestíbulo-oculomotor, que hace referencia al movimiento ocular provocado por el estímulo del sistema vestibular. El movimiento de los ojos ha de producirse de una manera controlada en presencia de determinados estímulos, produciendo un conjunto de patrones conocidos como secuencias sacádicas, derivadas a partir de técnicas de videonistagmografía. La forma de onda de estas secuencias determina la existencia de alteraciones que pueden caracterizarse.

Otro ejemplo de alteraciones producidas por enfermedades neurológicas y que puede caracterizarse mediante biometría, está presente en la dinámica de movimiento de las cuerdas vocales (onda glotal), y más especialmente en las desviaciones en su patrón de simetría. Las alteraciones neurológicas suelen tener una componente unilateral, por lo que es habitual encontrar patrones de movimiento asimétricos que afectan a una sola de las cuerdas vocales, lo que puede caracterizarse tanto a partir de la señal de la voz utilizando técnicas de filtrado inverso, como a partir de las señales electroglotográficas, o a partir de secuencias de videoendoscopia capturadas mediante filmación de alta o baja velocidad.

En el caso de la Enfermedad de Parkinson es notorio que el temblor puede afectar tanto a la fonación como a ciertos miembros, como los brazos, con una marcada lateralidad, o a los movimientos sacádicos anteriormente comentados. Esta lateralidad estaría afectando de forma similar a la fonación, al desequilibrar las cargas de tensión de los pliegues vocales. Por esta razón los estudios de degeneración de la voz, los de afectación de la escritura manuscrita y los de videonistagmografia, estarían íntimamente relacionados. El establecimiento de su relación y cuantificación tiene un alto interés desde el punto de vista médico, tanto en la detección precoz como en la monitorización del tratamiento.

Dado que las aplicaciones de la biometría a la seguridad son mucho más conocidas, en futuras entradas vamos a centrarnos exclusivamente en las aplicaciones en el campo de la salud, tratando de presentar cómo las técnicas de reconocimiento de personas pueden ser utilizadas para la ayuda al diagnóstico precoz de problemas cognitivos.

Jordi Solé i Casals
Jordi Solé i Casals
Sobre este blog
En la sociedad actual todo va muy deprisa. Comunicaciones, industria, avances técnicos y científicos... mucha información y poco tiempo para asimilarla nos produce vértigo y nos deja vacíos de saber. Intentaremos dar a conocer diferentes avances en el campo de la ciencia y la técnica en un lenguaje accesible, y devolver a la sociedad los resultados de las investigaciones hoy en curso.
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