Metodologías de modelado, monitorización y asistencia robótica en neurorrehabilitación funcional de extremidad superior

La Organización Mundial de la Salud (OMS) prevé que para el año 2020, el Daño Cerebral Adquirido (DCA) estará entre las 10 causas más comunes de discapacidad. Estas lesiones, dadas sus consecuencias físicas, sensoriales, cognitivas, emocionales y socioeconómicas, cambian dramáticamente la vida de los pacientes y sus familias. Las nuevas técnicas de intervención precoz y el desarrollo de la medicina intensiva en la atención al DCA han mejorado notablemente la probabilidad de supervivencia. Sin embargo, hoy por hoy, las lesiones cerebrales no tienen ningún tratamiento quirúrgico que tenga por objetivo restablecer la funcionalidad perdida, sino que las terapias rehabilitadoras se dirigen hacia la compensación de los déficits producidos. Uno de los objetivos principales de la neurorrehabilitación es, por tanto, dotar al paciente de la capacidad necesaria para ejecutar las Actividades de Vida Diaria (AVDs) necesarias para desarrollar una vida independiente, siendo fundamentales aquellas en las que la Extremidad Superior (ES) está directamente implicada, dada su gran importancia a la hora de la manipulación de objetos. Con la incorporación de nuevas soluciones tecnológicas al proceso de neurorrehabilitación se pretende alcanzar un nuevo paradigma centrado en ofrecer una práctica personalizada, monitorizada y ubicua con una valoración continua de la eficacia y de la eficiencia de los procedimientos y con capacidad de generar conocimientos que impulsen la ruptura del paradigma de actual. Los nuevos objetivos consistirán en minimizar el impacto de las enfermedades que afectan a la capacidad funcional de las personas, disminuir el tiempo de incapacidad y permitir una gestión más eficiente de los recursos. Estos objetivos clínicos, de gran impacto socio-económico, sólo pueden alcanzarse desde una apuesta decidida en nuevas tecnologías, metodologías y algoritmos capaces de ocasionar la ruptura tecnológica necesaria que permita superar las barreras que hasta el momento han impedido la penetración tecnológica en el campo de la rehabilitación de manera universal. De esta forma, los trabajos y resultados alcanzados en la Tesis son los siguientes: 1. Modelado de AVDs: como paso previo a la incorporación de ayudas tecnológicas al proceso rehabilitador, se hace necesaria una primera fase de modelado y formalización del conocimiento asociado a la ejecución de las actividades que se realizan como parte de la terapia. En particular, las tareas más complejas y a su vez con mayor repercusión terapéutica son las AVDs, cuya formalización permitirá disponer de modelos de movimiento sanos que actuarán de referencia para futuros desarrollos tecnológicos dirigidos a personas con DCA. Siguiendo una metodología basada en diagramas de estados UML se han modelado las AVDs 'servir agua de una jarra' y 'coger un botella' 2. Monitorización ubícua del movimiento de la ES: se ha diseñado, desarrollado y validado un sistema de adquisición de movimiento basado en tecnología inercial que mejora las limitaciones de los dispositivos comerciales actuales (coste muy elevado e incapacidad para trabajar en entornos no controlados); los altos coeficientes de correlación y los bajos niveles de error obtenidos en los corregistros llevados a cabo con el sistema comercial BTS SMART-D demuestran la alta precisión del sistema. También se ha realizado un trabajo de investigación exploratorio de un sistema de captura de movimiento de coste muy reducido basado en visión estereoscópica, habiéndose detectado los puntos clave donde se hace necesario incidir desde un punto de vista tecnológico para su incorporación en un entorno real 3. Resolución del Problema Cinemático Inverso (PCI): se ha diseñado, desarrollado y validado una solución al PCI cuando el manipulador se corresponde con una ES humana estudiándose 2 posibles alternativas, una basada en la utilización de un Perceptrón Multicapa (PMC) y otra basada en sistemas Artificial Neuro-Fuzzy Inference Systems (ANFIS). La validación, llevada a cabo utilizando información relativa a los modelos disponibles de AVDs, indica que una solución basada en un PMC con 3 neuronas en la capa de entrada, una capa oculta también de 3 neuronas y una capa de salida con tantas neuronas como Grados de Libertad (GdLs) tenga el modelo de la ES, proporciona resultados, tanto de precisión como de tiempo de cálculo, que la hacen idónea para trabajar en sistemas con requisitos de tiempo real 4. Control inteligente assisted-as-needed: se ha diseñado, desarrollado y validado un algoritmo de control assisted-as-needed para una ortesis robótica con capacidades de actuación anticipatoria de la que existe un prototipo implementado en la actualidad. Los resultados obtenidos demuestran cómo el sistema es capaz de adaptarse al perfil disfuncional del paciente activando la ayuda en instantes anteriores a la ocurrencia de movimientos incorrectos. Esta estrategia implica un aumento en la participación del paciente y, por tanto, en su actividad muscular, fomentándose los procesos la plasticidad cerebral responsables del reaprendizaje o readaptación motora 5. Simuladores robóticos para planificación: se propone la utilización de un simulador robótico assisted-as-needed como herramienta de planificación de sesiones de rehabilitación personalizadas y con un objetivo clínico marcado en las que interviene una ortesis robotizada. Los resultados obtenidos evidencian como, tras la ejecución de ciertos algoritmos sencillos, es posible seleccionar automáticamente una configuración para el algoritmo de control assisted-as-needed que consigue que la ortesis se adapte a los criterios establecidos desde un punto de vista clínico en función del paciente estudiado. Estos resultados invitan a profundizar en el desarrollo de algoritmos más avanzados de selección de parámetros a partir de baterías de simulaciones Estos trabajos han servido para corroborar las hipótesis de investigación planteadas al inicio de la misma, permitiendo, asimismo, la apertura de nuevas líneas de investigación. Summary The World Health Organization (WHO) predicts that by the year 2020, Acquired Brain Injury (ABI) will be among the ten most common ailments. These injuries dramatically change the life of the patients and their families due to their physical, sensory, cognitive, emotional and socio-economic consequences. New techniques of early intervention and the development of intensive ABI care have noticeably improved the survival rate. However, in spite of these advances, brain injuries still have no surgical or pharmacological treatment to re-establish the lost functions. Neurorehabilitation therapies address this problem by restoring, minimizing or compensating the functional alterations in a person disabled because of a nervous system injury. One of the main objectives of Neurorehabilitation is to provide patients with the capacity to perform specific Activities of the Daily Life (ADL) required for an independent life, especially those in which the Upper Limb (UL) is directly involved due to its great importance in manipulating objects within the patients' environment. The incorporation of new technological aids to the neurorehabilitation process tries to reach a new paradigm focused on offering a personalized, monitored and ubiquitous practise with continuous assessment of both the efficacy and the efficiency of the procedures and with the capacity of generating new knowledge. New targets will be to minimize the impact of the sicknesses affecting the functional capabilitiies of the subjects, to decrease the time of the physical handicap and to allow a more efficient resources handling. These targets, of a great socio-economic impact, can only be achieved by means of new technologies and algorithms able to provoke the technological break needed to beat the barriers that are stopping the universal penetration of the technology in the field of rehabilitation. In this way, this PhD Thesis has achieved the following results: 1. ADL Modeling: as a previous step to the incorporation of technological aids to the neurorehabilitation process, it is necessary a first modelling and formalization phase of the knowledge associated to the execution of the activities that are performed as a part of the therapy. In particular, the most complex and therapeutically relevant tasks are the ADLs, whose formalization will produce healthy motion models to be used as a reference for future technological developments. Following a methodology based on UML state-chart diagrams, the ADLs 'serving water from a jar' and 'picking up a bottle' have been modelled 2. Ubiquitous monitoring of the UL movement: it has been designed, developed and validated a motion acquisition system based on inertial technology that improves the limitations of the current devices (high monetary cost and inability of working within uncontrolled environments); the high correlation coefficients and the low error levels obtained throughout several co-registration sessions with the commercial sys- tem BTS SMART-D show the high precision of the system. Besides an exploration of a very low cost stereoscopic vision-based motion capture system has been carried out and the key points where it is necessary to insist from a technological point of view have been detected 3. Inverse Kinematics (IK) problem solving: a solution to the IK problem has been proposed for a manipulator that corresponds to a human UL. This solution has been faced by means of two different alternatives, one based on a Mulilayer Perceptron (MLP) and another based on Artificial Neuro-Fuzzy Inference Systems (ANFIS). The validation of these solutions, carried out using the information regarding the previously generated motion models, indicate that a MLP-based solution, with an architecture consisting in 3 neurons in the input layer, one hidden layer of 3 neurons and an output layer with as many neurons as the number of Degrees of Freedom (DoFs) that the UL model has, is the one that provides the best results both in terms of precission and in terms of processing time, making in idoneous to be integrated within a system with real time restrictions 4. Assisted-as-needed intelligent control: an assisted-as-needed control algorithm with anticipatory actuation capabilities has been designed, developed and validated for a robotic orthosis of which there is an already implemented prototype. Obtained results demonstrate that the control system is able to adapt to the dysfunctional profile of the patient by triggering the assistance right before an incorrect movement is going to take place. This strategy implies an increase in the participation of the patients and in his or her muscle activity, encouraging the neural plasticity processes in charge of the motor learning 5. Planification with a robotic simulator: in this work a robotic simulator is proposed as a planification tool for personalized rehabilitation sessions under a certain clinical criterium. Obtained results indicate that, after the execution of simple parameter selection algorithms, it is possible to automatically choose a specific configuration that makes the assisted-as-needed control algorithm to adapt both to the clinical criteria and to the patient. These results invite researchers to work in the development of more complex parameter selection algorithms departing from simulation batteries Obtained results have been useful to corroborate the hypotheses set out at the beginning of this PhD Thesis. Besides, they have allowed the creation of new research lines in all the studied application fields.

Asymptotically Optimum Estimation of a Probability in Inverse Binomial Sampling under General Loss Functions

The optimum quality that can be asymptotically achieved in the estimation of a probability p using inverse binomial sampling is addressed. A general definition of quality is used in terms of the risk associated with a loss function that satisfies certain assumptions. It is shown that the limit superior of the risk for p asymptotically small has a minimum over all (possibly randomized) estimators. This minimum is achieved by certain non-randomized estimators. The model includes commonly used quality criteria as particular cases. Applications to the non-asymptotic regime are discussed considering specific loss functions, for which minimax estimators are derived.

Recursos intangibles como factores clave en la gestión estratégica de instituciones de educación superior y su impacto en los procesos de innovación

La presente investigación, tiene como objetivo analizar las influencias que ejercen los recursos intangibles (Gestión del Conocimiento, Marca, Reputación Organizacional y Responsabilidad Social) en la gestión estratégica de las instituciones de educación superior (IES) y el impacto de los mismos en los procesos de innovación a través del valor añadido que se transfiere al entorno. Se considera importante realizar un estudio sobre este tema dado que son las IES las encargadas de proporcionar los conocimientos y los nuevos hallazgos en innovaciones tecnológicas, que son transferidas al tejido productivo de las regiones, lo que proporciona crecimiento económico y mejoras en la calidad de vida. El estudio se enmarca dentro de los postulados de la teoría de los recursos y las capacidades (TRC) y de los intangibles, los cuales sirven de base a la investigación. Se planteó un sistema de hipótesis subdividido en dos vías de influencias. La primera, donde se analizan las influencias directas que ejercen los recursos intangibles sobre los resultados de las IES. La otra vía es la indirecta, que estudia las influencias que ejercen los recursos intangibles gestionados estratégicamente sobre los resultados de las IES. Esta investigación se ha concebido como no experimental, de tipo exploratorio, basada en el paradigma que busca explicar un fenómeno (variable dependiente) a través del comportamiento de las variables independientes. Es un estudio transversal, cuantitativo, que intenta describir las causas del fenómeno. Con el objeto de determinar las influencias o relaciones de causalidad que subyacen entre las variables, se utilizó la técnica del modelo de ecuaciones estructurales (SEM). La población objeto de estudio estuvo constituida por los 857 individuos pertenecientes a los consejos directivos de las IES, que forman parte de las base de datos que gestiona el Consorcio de Escuelas de Ingeniería de Latinoamérica y del Caribe y la Universidad Politécnica de Madrid, con un tamaño de muestra significativa de 250 directivos, lo que representa el 29,42% de la población. Como fuentes de recolección de información se utilizaron fuentes primarias y secundarias. Para recabar la información primaria se diseñó un cuestionario (ad hoc), el cual fue validado por expertos. La información de fuentes secundarias se extrajo de la bases de datos de la Red Iberoamericana de Ciencia y Tecnología (RICYT). Los resultados obtenidos indican que las influencias directas que pueden ejercer los recursos intangibles (Gestión del Conocimiento, Marca, Reputación Organizacional y Responsabilidad Social) no son significativas, por ello se rechazaron todas las hipótesis de la vía de influencia directa. Asimismo, de acuerdo con el contraste realizado al submodelo que representa la vía de influencia indirecta, resultaron significativas las influencias que ejercen los intangibles Gestión del Conocimiento y Reputación Organizacional, gestionadas estratégicamente sobre los resultados con valor añadido generado por las IES y transferidos al entorno. Sin embargo, no se apoyan todas las hipótesis del modelo, debido a que los constructos Marca y Responsabilidad Social resultaron no significativos. Las teorías sobre intangibles enmarcadas en la TRC no son del todo robustas y requieren de mayores esfuerzos por parte de los investigadores para lograr definir los constructos a utilizar. De igual forma, se sigue corroborando el desfase que existe entre las teorías que sustentan la investigación y las comprobaciones empíricas de las mismas. Además, se evidencia que las IES enfocan su actuación hacia la academia, por encima de las otras funciones, otorgando a la enseñanza e investigación y a la reputación organizacional una mayor importancia. Sin embargo, debido a su naturaleza no empresarial, las IES siguen manteniendo una filosofía de gestión enfocada a la generación y transmisión de conocimientos que crean reputación. Se excluyen los intangibles Marca y Responsabilidad Social, por considerar que no aportan valor a sus procesos internos o que están inmersos dentro de otros recursos intangibles. En conclusión, se corrobora el atraso de la gestión estratégica que presentan las IES en Latinoamérica. Se comprueba la no aplicación de postulados básicos de la gerencia moderna que contribuyan al manejo eficiente de todos sus recursos y al logro de sus objetivos. Esto deriva en la necesidad de modernizar la visión estratégica de las IES y en crear mejores mecanismos para lograr reconocer, mantener, proteger y desarrollar los Recursos Intangibles que poseen, realizando combinaciones de recursos óptimas, que maximicen la creación de valor para sí mismas y para la sociedad a la que pertenecen. ABSTRACT This research aims to analyze the influences exerted by intangible resources (Knowledge Management, Brand, Organizational Reputation and Social Responsibility) in the strategic management of higher education institutions (HEIs) and their impact in the innovation processes through the added value that is transferred to the environment. It is considered important to conduct a study on this issue since HEIs are responsible for providing knowledge and new findings on technological innovations, which are then, transferred to the productive fabric of these regions, providing economic growth and improvements in quality of life. The study is framed within the tenets of the Theory of Resources and Capabilities (TRC) and of intangibles which underlie this research. A system of hypotheses was raised which was subdivided into two pathways of influences. In the first system the direct influences exerted by intangible resources on the results of the IES are analyzed. The other system focuses on the indirect influences exerted by the strategically managed intangible resources on the HEIs results. This research is designed as experimental, exploratory and based on the paradigm that seeks to explain a phenomenon (the dependent variable) through the behavior of the independent variables. It is a crosssectional, quantitative study, which attempts to describe the causes of the phenomenon. In order to determine the influences or causal relationships among variables the structural equation modeling technique (SEM) was used. The population under study consisted of 857 individuals from the boards of HEIs, which are part of the database managed by the Consortium of Engineering Schools in Latin America and the Caribbean and the Technical University of Madrid, with a significant sample size of 250 managers which represents 29.42% of the population. As sources of information gathering primary and secondary sources were used. To collect primary information an ad-hoc questionnaire which was validated by experts was designed. The secondary information was extracted from the database of the Latin American Network of Science and Technology (RICYT). The results obtained indicate that the direct influences that intangible resources (Knowledge Management, Brand, Organizational Reputation and Social Responsibility) can exert are not significant. Therefore, all hypotheses related to direct influence were rejected. Also, according to the test made with the system which represents the indirect channel of influence, significant influences were exerted on the results with added value generated by the HEIs by the intangibles Knowledge Management and Organizational Reputation when they were managed strategically. However, all model hypotheses are not supported, because the constructs Brand and Social Responsibility were not significant. Theories of intangibles within the framework of the Theory of Resources and Capabilities are not entirely robust and require greater efforts by researchers to define the constructs to be used. Similarly the existing gap between the theories underpinning research and the empirical tests continues to be corroborated. In addition, there is evidence that HEIs focus their action on the academy neglecting the other functions, giving more importance to teaching, research and organizational reputation. However, due to their non-business nature, HEIs still maintain a management philosophy focused on the generation and transmission of knowledge which leads to reputation. The intangibles Brand and Social Responsibility are excluded, considering that they do not add value to their internal processes or are embedded within other intangible resources. In conclusion, the backwardness of HEIs’ strategic management in Latin America is confirmed. The lack of application of the basic principles of modern management that contribute to the efficient administration of all the resources and the achievement of objectives is proven. This leads to the need to modernize the strategic vision of HEIs and the need for better mechanisms to recognize, maintain, protect and develop the intangible resources they possess, achieving optimal combinations of resources in order to maximize the creation of value for them and for the society to which they belong.