Resumen

El proyecto Silent Wake tiene como objetivo desarrollar un despertador innovador, que active en el cerebro los centros encargados de la vigilia a través del olfato, en lugar de usar sonidos o luces como los tradicionales, permitiendo despertar a las personas de forma sutil e incluso placentera. Se realizaron investigaciones sobre compuestos aromáticos con efectos estimulantes en el cerebro, eligiéndose al café, cítricos y ginseng. Para conseguir las dos primeras esencias, se llevó a cabo una extracción por arrastre de vapor de los compuestos volátiles de café y cascaras de cítricos, así como una extracción con disolventes orgánicos. Se elaboró también un vaporizador (difusor), al que se conectó un temporizador que permite programar el despertador para que libere de forma gradual y controlada las esencias. Se llevaron a cabo pruebas que han demostrado la efectiva relación entre el estímulo olfativo y los centros de vigilia, sin embargo, es necesario realizar más pruebas y considerar que por las características, preferencias o enfermedades de cada persona, este despertador puede no ser útil para todos. Incluso se propone como alternativa para personas con discapacidad auditiva, proporcionando una solución inclusiva y accesible para mejorar la calidad de vida de estas personas. Los resultados hasta hoy obtenidos, brindan una visión sobre cómo ciertos olores afectan el despertar mediante la activación del Sistema Activador Reticular Ascendente (SARA).

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

Según el INEGI en el 2023 se han registrado alrededor de 300,000 personas con deficiencia auditiva en México. a pesar de los avances tecnológicos y las iniciativas de accesibilidad. Aunque se han implementado soluciones como implantes cocleares, aplicaciones de reconocimiento de voz y dispositivos de asistencia, aún persisten desafíos para lograr una inclusión plena. A pesar de los esfuerzos, el inicio del día para estas personas puede no ser lo suficientemente agradable y satisfactorio.
Por lo tanto, surge la necesidad de explorar formas innovadoras de abordar este aspecto específico y mejorar la experiencia diaria, promoviendo así una mayor independencia y bienestar para quienes tienen capacidades diferentes.

Antecedentes

Investigaciones sobre redes neuronales responsables de los procesos del sueño.

Los neurotransmisores son mensajeros químicos que transportan, impulsan y equilibran las señales entre las neuronas y las células diana en todo el cuerpo. Estas últimas pueden estar en glándulas, músculos u otras neuronas.
La norepinefrina y la orexina (también llamada hipocretina) mantienen activas partes del cerebro mientras estamos despiertos. Entre otros neurotransmisores que dan forma al sueño y a la vigilia se encuentran acetilcolina, histamina, adrenalina, cortisol y serotonina.

¿Cómo funciona el olfato?

Cuando un odorante entra en la cavidad nasal, interactúa con los OR, desencadenando una reacción en cadena que conduce a la activación de moléculas de segundo mensajero en el interior de la Neurona Sensorial Olfativa (OSN), también llamada Neurona Receptora Olfatoria (ORN).
Cuando un odorante entra en la cavidad nasal, interactúa con los OR, desencadenando una reacción en cadena que conduce a la activación de moléculas de segundo mensajero en el interior de la Neurona Sensorial Olfativa (OSN), también llamada Neurona Receptora Olfatoria (ORN).
Las neuronas sensoriales olfatorias dirigen una única dendrita a la superficie del neuroepitelio olfatorio, la cual posee una terminación engrosada llamada vesícula olfatoria, que proyecta cilios inmóviles, donde se encuentran los receptores olfatorios. Cabe destacar la diferencia con la percepción olfatoria que es el proceso por el cual los estímulos olfatorios en su naturaleza y significado, son reconocidos e interpretados por el cerebro, gracias a lo cual podemos diferenciar, entre otros, el concepto de aroma de lo que se refiere a hedor. El sentido del olfato es el único sistema que posee una modalidad “dual”, es decir, detecta los estímulos provenientes del mundo exterior y del interior del cuerpo.

El SARA (Sistema Activador reticular Ascendente)

Este sistema se interrumpe o se activa de acuerdo con varios estímulos y factores que pueden aumentar la vigilia y la alerta. Algunos de los principales factores que interrumpen o activan el SARA incluyen:
1. Estímulos Sensoriales : Estímulos sensoriales como ruidos fuertes, luces brillantes, cambios de temperatura o toques inesperados pueden activar el SARA y despertar a una persona que está durmiendo o en un estado de relajación.
2. Estrés y Ansiedad: El estrés y la ansiedad pueden activar el SARA, manteniendo a una persona en un estado de alerta constante. Las preocupaciones o el estrés emocional pueden dificultar conciliar o mantener el sueño.
3. Cafeína y Estimulantes: El consumo de cafeína u otros estimulantes puede aumentar la actividad del SARA, lo que lleva a una mayor vigilia y alerta. Esto es lo que hace que el café, por ejemplo, sea efectivo para mantenerse despierto.
4. Exposición a la luz: La exposición a la luz, especialmente la luz brillante, puede activar el SARA y enviar señales al cerebro de que es hora de estar despierto. Esto es importante para regular el ritmo circadiano.
5. Situaciones de Emergencia: En situaciones de emergencia o peligro, el SARA se activa de manera intensa y rápida para poner a la persona en un estado de alerta máxima y tomar medidas necesarias para enfrentar la situación.
6. Estímulos Olfativos: Algunos olores fuertes o desagradables también pueden activar el SARA y despertar a una persona.
En resumen, el SARA se activa en respuesta a una variedad de estímulos que indican al cerebro que es necesario estar alerta y despierto. Por otro lado, la desactivación del SARA ocurre gradualmente cuando estos estímulos disminuyen y cuando factores como la melatonina y la relajación permiten que el cuerpo vuelva al estado de sueño o relajación.

Objetivo

Objetivo general

Comprobar que algunos olores pueden activar el SARA (Sistema Activador Reticular Ascendente) para lograr despertar a una persona, después de generar una asociación de estímulos olfativos y auditivos.

Objetivo Particular

Proponer el uso de un difusor con temporizador, que funcione como despertador para personas con deficiencia
auditiva o para aquellas personas que necesitan una forma relajada y tranquila para despertar.

Justificación

El proyecto se fundamenta en la premisa de que, a pesar de los avances tecnológicos y las iniciativas de accesibilidad implementadas para beneficiar a las personas con deficiencia auditiva en México, aún persisten aspectos cruciales que afectan su calidad de vida diaria. La identificación de alrededor de 300,000 personas con esta condición según el INEGI en 2023 subraya la importancia de abordar de manera integral y novedosa sus necesidades específicas.

La propuesta busca ir más allá de las soluciones existentes, centrándose en el inicio del día de estas personas, con el objetivo de mejorar su experiencia matutina y contribuir a un día más agradable y satisfactorio. Al introducir una nueva tecnología innovadora, el proyecto aspira a marcar un avance significativo en la
promoción de la independencia y la inclusión, ofreciendo soluciones que no solo aborden las limitaciones auditivas, sino que también generen un impacto positivo en su bienestar emocional y social.
La justificación se sustenta en la necesidad de superar barreras adicionales y ofrecer un enfoque integral para mejorar la calidad de vida, reconociendo que la inclusión va más allá de la adaptación de entornos y dispositivos, extendiéndose al diseño de experiencias cotidianas más satisfactorias para las personas con capacidades diferentes.

Hipótesis

Si una persona es expuesta a estímulos sensoriales olfativos, casi al mismo tiempo que auditivos con la finalidad de estimular el Sistema Activador Reticular y despertarla, el Sistema Nervioso generará una asociación del olor con la señal para despertarse, sin necesidad de la señal auditiva.
Si se logra generar la asociación entre el olor y el estado de vigilia, se podrá desarrollar un despertador a base únicamente de olores.

Método (materiales y procedimiento)

Materiales

Café en grano( tostado y recién molido )
Ginseng (en polvo )
Éter etílico
Cáscaras de naranjas y mandarinas
Sistema de extracción por arrastre de vapor

Embudo de separación
Circuito del difusor
Ventiladores
Resistencia

Generador de niebla
Popotes
Manguera

Procedimiento

I. EXTRACCIÓN DE COMPUESTOS VOLÁTILES

1. Moler el grano de café tostado y rallar cáscaras de diferentes cítricos.
2. Se someten los productos a una destilación por arrastre de vapor.
3. Seguidamente se diluyó la sustancia resultante de la destilación en 55ml de agua destilada.
4. Vertió la mezcla en un atomizador y con este se realizaron pruebas de distancia para determinar a qué distancias se percibía el olor
5. Agregar el 0.01% de ácido cítrico para conservar el olor.
6. Realizar pruebas con personas de diferentes edades, usando el difusor que también se elaboró.

Galería Método

Resultados

Galería Resultados

Discusión

Los resultados de la primera tabla indican que el extracto de café normal generó respuestas positivas, ya que se observó que, al segundo día de aplicarlo, el sujeto despertó sin necesidad de una alarma, evidenciando un efecto estimulante. En contraste, la segunda tabla revela que el extracto de café con esencia de limón no provocó el mismo estado de vigilia en el sujeto. Además, se observó que este extracto causó incomodidad en la nariz, generando picazón, y el aroma no fue del agrado del sujeto, lo que podría haber influido en la falta de eficacia percibida. En su conjunto, se plantea la hipótesis de que la presencia de la esencia de limón pudo haber sido un factor clave en la falta de efectividad del extracto en comparación con el café normal. Cabe destacar que el tiempo limitado para realizar el estudio fue una complicación significativa, dificultando la obtención de más resultados que podrían haber proporcionado una comprensión más completa de los efectos.

Conclusiones

Los resultados obtenidos brindan una visión integral sobre la capacidad de ciertos olores para activar el Sistema Activador Reticular Ascendente (SARA) y, por ende, influir en el despertar de una persona. La primera parte del objetivo general buscaba verificar esta conexión entre estímulos olfativos y auditivos como agentes despertadores. En cuanto al objetivo particular, que se centraba en proponer el uso de un difusor
con temporizador como alternativa de despertador para personas con deficiencia auditiva o aquellas que prefieren un despertar relajado, los hallazgos indican una clara preferencia por el extracto de café normal en comparación con el café con esencia de limón. Esto sugiere que la elección del aroma es un factor crucial en la
efectividad del método propuesto. La experimentación respalda la conexión entre estímulos olfativos y auditivos para despertar, y destaca la importancia de considerar cuidadosamente los componentes aromáticos en aplicaciones prácticas como el despertar con un difusor.
El objetivo general de comprobar la influencia de olores en el despertar se cumple, pero la eficacia del difusor
propuesto dependerá significativamente de la elección del aroma, como se evidenció en los resultados.

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Summary

The Silent Wake project aims to develop an innovative alarm clock, which activates the brain centers responsible for waking up via olfactory stimuli, instead of using a sound or light as the traditional alarms do, allowing people to wake up in a pleasant and gentle way. An investigation was conducted in order to find aromatic compounds that had stimulating effects on the brain, choosing coffee, citrus and ginseng. To achieve the first two essences, a vapor extraction of the volatile compounds from coffee and citrus peels was made, as well as an extraction using organic solvents. A vaporizer ( difusor) was also developed, to which a timer was connected that allows setting the alarm clock to release the essences in a gradual and controlled way. Tests which have demonstrated the effective relation between the olfactory stimulus and the centers of vigileness were carried out, however, it is necessary to do further tests and consider that due to characteristics, preferences or illnesses of each individual, this alarm clock may not be useful for everyone. It is suggested as an alternative for people with hearing difficulties, providing an integral and accessible solution to improve the lifestyle of these people.

The results so far have provided an insight into how certain odors affect awakening with the activation of the Ascending Reticular Activating System (ARAS).

Research Question

Problem approach

According to INEGI, in 2023 there are around 300,000 people with hearing difficulties in Mexico, regardless of technological advances and accessibility initiatives. Although solutions such as hearing implants, voice recognition applications and assistive devices have been implemented, there are remaining challenges to achieve a full inclusion. Despite efforts, the start of the day for these individuals may not be as pleasant and satisfying as it should be. Therefore, a need arises to explore innovative ways to address this specific aspect and improve the daily experience, promoting greater independence and well-being for those with different needs.

Background

• Research on Neural Networks Responsible for Sleep Processes  

Neurotransmitters such as norepinephrine and orexin keep the brain active during wakefulness. Other neurotransmitters like acetylcholine, histamine, adrenaline, cortisol, and serotonin are involved in regulating sleep and wakefulness.

•  Olfaction  

Olfaction works when an odorant interacts with olfactory receptors (OR) in the nasal cavity, triggering a chain reaction in olfactory sensory neurons (OSN). Olfactory perception is the process by which the brain interprets smells, allowing us to distinguish between aromas and odors. The sense of smell has a “dual” modality, detecting stimuli from both the external world and inside the body.

• ARAS  

The Ascending Reticular Activating System (ARAS) regulates wakefulness and alertness based on various stimuli such as sensory input (e.g., loud noises, bright lights), stress, caffeine, and emergency situations. Light exposure and strong smells can also activate ARAS, while its deactivation occurs with relaxation and melatonin, allowing the body to return to sleep.

•  REM Sleep  

Sleep starts with non-REM phases, followed by REM sleep. During REM, brief “micro-awakenings” occur, though people do not remember them. REM sleep stimulates brain regions important for learning, and its deprivation negatively impacts memory and has been linked to conditions like migraines.

•  Hearing Impairment  

Hearing impairment refers to partial or total loss of hearing ability. Inclusive technologies, such as hearing aids, cochlear implants, and captioning, play a vital role in improving the quality of life for individuals with hearing loss by facilitating communication, education, and access to information.

Objective

General Objective

To demonstrate that some odors can activate the ARAS (Ascending Reticular Activating System) to wake up a person, after producing an association of the olfactory and auditory stimuli.

Particular Objective 

To offer the use of a diffuser with a timer, which can be used as an alarm clock for people with hearing difficulties or for those who want a relaxed and quiet awakening.

Justification

The project is supported by the premise that, in spite of the technological advances and accessibility initiatives implemented to benefit hearing deficient people in Mexico, there are still crucial aspects that affect their daily lifestyle. 

The reported estimated 300,000 people with this condition identified by INEGI in 2023 outlines the importance of addressing their specific needs in a comprehensive and innovative way.

The proposal seeks to go beyond existing solutions by focusing on these individuals’ start of the day, with the aim of improving their morning experience and contributing to a more pleasant and fulfilling day. By introducing innovative new technology, the project aims to mark a significant breakthrough in promoting independence and inclusion, offering solutions that not only address hearing limitations, but also generate a positive impact on their emotional and social well-being.

The justification is supported by the need to overcome additional barriers and offer a holistic approach to improve the quality of life, acknowledging that inclusion goes beyond the adaptation of environments and devices, extending into the design of more satisfying everyday experiences for people with different needs.

Hypothesis

• If a person is exposed to olfactory sensory stimuli, almost at the same time as auditory stimuli in order to stimulate the Reticular Activating System and wake them up, the Nervous System will generate an association of the smell with the signal to wake up, without the need for the auditory signal.
• If the association between smell and the state of wakefulness can be generated, an alarm clock based solely on smells can be developed.

Method (materials and procedure)

Twelve grams of roasted coffee beans and 7.5 grams of orange peel were shredded. Subsequently, 3.2 grams of powdered ginseng were added to an erlenmeyer flask. The laboratory instruments were assembled in order to perform a steam distillation. A steam distillation was performed. Afterwards, the resulting substance obtained from the distillation was diluted in 55 ml of water. 

Then the mixture was poured into a spray bottle and then the distance tests were carried out to determine the distance from which the odor could be perceived. 

Later, 0.01% citric acid was added to preserve the odor.

Then, in 4 previously sterilized glass bottles, 8.6ml of the mixture were poured into each one.  

In 2 of the jars, 2 drops of lemon essence were added.

Later, a bottle was given to 4 people so that each one of them could use it in a home diffuser and record their results. 

Type of Research

The project consists of an experimental investigation regarding the use and measurement of essences when a person wakes up.

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

The results of the first table indicate that the normal coffee extract generated positive responses, since it was observed that, on the second day of its application, the individual woke up without the need of an alarm, evidencing a stimulating effect. In contrast, the second table reveals that the coffee extract with lemon essence did not provide the same state of wakefulness in the individual. In addition, it was observed that this extract caused discomfort in the individual’s nose, generating itching, and the aroma was not to his or her liking, which could have influenced the lack of effectiveness observed. Overall, a hypothesis is put forward that the presence of the lemon essence could have been a key factor in the lack of effectiveness of the extract compared to the regular coffee. It should be noted that the limited time to conduct the study was a significant complication, making it difficult to obtain further results that could have provided a more complete understanding of the effects

Conclusions

The results obtained provide a comprehensive view on the ability of certain odors to activate the Ascending Reticular Activating System (ARAS) and, therefore, influence a person’s awakening. The first part of the general objective sought to verify this connection between olfactory and auditory stimuli as arousal agents.

Regarding the particular objective, which focused on proposing the use of a diffuser with a timer as an alternative alarm clock for people with hearing impairment or those who prefer a relaxed awakening, the findings indicate a clear preference for normal coffee extract compared to coffee with lemon essence. This suggests that the choice of aroma is a crucial factor in the effectiveness of the proposed method.

 Experimentation supports the connection between olfactory and auditory stimuli for awakening, and highlights the importance of carefully considering aromatic components in practical applications such as awakening with a diffuser. The general objective of verifying the influence of odors on awakening is met, but the effectiveness of the proposed diffuser will depend significantly on the choice of aroma, as evidenced in the results.

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