[en] The term Brain Computer Interface (BCI) emerged in the 70's by Dr. Jacques J Vidal, who by using electroencephalography (EEG) tried to give an alternative output to the brain signals in order to control an external device. The main objective of this feat was to help patients with impaired movement or communication to relate themselves to the environment. Since then many neuroscientists have used this idea and have tried to implement it using different methods of signal acquisition and processing, new interaction devices, new goals and objectives. All this has facilitated the implementation of this technology in many areas and currently BCI is used to play video games, move wheelchairs, facilitate writing in people without mobility, establish criteria and purchase preferences in the world of marketing and consumption, or even serve as a lie detector. However, the sector that presents the most marked progress and development of BCI is the biomedical sector. In rough outlines we can use BCI with two different purposes within the neurorehabilitation; to substitute a lost function or to induce neural plasticity changes with the aim to restore or compensate the lost function. To restore a lost function by inducing neuroplastic changes in the brain is undoubtedly a challenging strategy but a feasible goal through BCI technology. This type of intervention requires that the patient invests time and effort in a therapy based on the practice of motor image and feedback mechanisms in real time. There are different principles to record the brain signals; invasively, placing the recording electrodes inside the cranial cavity, or non-invasive, placing the recording electrodes outside of the cranial cavity. The best known and most widespread one is EEG, since they are suitable for clinical environments, have a highly accurate temporal resolution and their real-time feedback can induce cortical plasticity and the restoration of normal motor function. On this thesis we present three different objectives: (1) to evaluate the clinical effects of rehabilitation based on BCI system in stroke patients, either by performing a meta-analysis of published studies or by evaluating functional changes in stroke patients after BCI training; (2) to explore alternative parameters to quantify effects of BCI in stroke patients, by evaluating different electroencephalography biomarkers in stroke patients and correlating potential changes in these parameters with functional scales; (3) to optimize the BCI system by using a new gamified avatar.

[es] El término Interfaz Cerebro-Computadora (ICC) surgió en los años 70 por el Dr. Jacques J. Vidal, que mediante el uso de la electroencefalografía (EEG) trató de dar una salida alternativa a las señales del cerebro para controlar un dispositivo externo. El objetivo principal de esta hazaña era ayudar a los pacientes con problemas de movimiento o comunicación a relacionarse con el entorno. Desde entonces, muchos neurocientíficos han utilizado esta idea y han tratado de ponerla en práctica utilizando diferentes métodos de adquisición y procesamiento de señales, nuevos dispositivos de interacción y nuevas metas y objetivos. Todo ello ha facilitado la aplicación de esta tecnología en muchas áreas y actualmente las ICC se utilizan para jugar a videojuegos, mover sillas de ruedas, facilitar la escritura en personas sin movilidad, establecer criterios y preferencias de compra en el mundo del comercio y el consumo, o incluso pueden servir como detector de mentiras. Sin embargo, el sector que presenta un mayor avance y desarrollo de las ICC es el sector biomédico. A grandes rasgos podemos utilizar las ICC con dos finalidades distintas dentro de la neurorehabilitación; sustituir una función perdida o inducir cambios en la plasticidad neuronal con el objetivo de restaurar o compensar dicha función perdida. Hay diferentes principios para el registro de las señales del cerebro; de forma invasiva, colocando los electrodos de registro dentro de la cavidad craneal, o no invasiva, colocando los electrodos de registro fuera de la cavidad craneal. El método más conocido y difundido es la EEG. Su uso es adecuado para entornos clínicos, tiene una resolución temporal muy precisa y su retroalimentación en tiempo real puede inducir la plasticidad cortical y el restablecimiento de la función motora normal. En esta tesis presentamos tres objetivos diferentes: (1) evaluar los efectos clínicos de la rehabilitación mediante las ICC en pacientes con ictus, ya sea realizando un meta-análisis de los estudios publicados o evaluando los cambios funcionales en los pacientes con ictus después de la terapia de ICC; (2) explorar parámetros alternativos para cuantificar los efectos de las ICC en pacientes con ictus, evaluando diferentes biomarcadores de electroencefalografía en pacientes con esta patología y correlacionando los posibles cambios en estos parámetros con los resultados en las escalas funcionales; (3) optimizar el sistema ICC utilizando mediante la gamificación de un avatar.