Willkommen in unserem BCI-Labor
Wir sind ein Forschungsteam der Hochschule Rhein-Waal, Kleve, Deutschland, unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Ivan Volosyak. Unser Forschungsschwerpunkt sind Brain-Computer Interfaces (BCIs) (dt.: Gehirn-Computer Schnittstellen), mit dem Ziel der Entwicklung effektiver und effizienter BCI-Systeme für den Alltagsgebrauch für gesunde Menschen und Unterstützungssysteme für Menschen mit Behinderungen.
Was ist BCI?
Ein Brain-Computer Interface (BCI) ist keine Science Fiction, sondern kurzgesagt ein System, das es Menschen erlaubt, mit Hilfe von Gehirnsignalen und ohne muskuläre Bewegungen zu kommunizieren. Es stellt ein künstliches Output zur Verfügung, das sich vom natürlichen Output des Nervensystems unterscheidet. Momentan werden Anwendungen untersucht, in denen ein BCI Rollstuhlfahrern/-fahrerinnen beim Aufstehen hilft, Menschen ein Ausdrucksmittel bietet, die von sich aus nicht kommunizieren können, eingeschränkte Sehkraft repariert und Hilfe beim Training von Kindern mit ADHS bietet, um nur ein paar Beispiele zu nennen. BCI kann auch in anderen Anwendungsfeldern genutzt werden, z.B. in der Robotik, in Videospielen und virtueller Realität. Unsere BCI-Systeme messen Gehirnsignale nicht-invasiv mit Hilfe eines Elektroenzephalogramms (EEG) und leiten daraus Computerbefehle ab. Diese Befehle können dazu genutzt werden, Anwendungen zu entwickeln, die Menschen mit Behinderungen der Bewegungs- oder Kommunikationsfähigkeiten helfen. Sie können auch der Entwicklung eines robusten BCI-Systems dienen, das im alltäglichen Leben zur Kontrolle von Geräten genutzt werden kann.
Was ist EEG?
EEG ist eine nicht-invasive Technik, die eine EEG-Haube mit auf der Kopfhaut platzierten Elektroden zur Messung und Aufzeichnung von Gehirnsignalen nutzt. Sie zeigt die Summe der Signale von tausenden Neuronen (Gehirnzellen), die sich unter der Kopfhaut befinden und eine radiäre Anordnung dem Schädel gegenüber aufweisen. Die räumliche Auflösung des EEGs ist normalerweise schwach; es kann auf Grund der Dämpfung des Signals während seines Verlaufs von der Signalquelle durch Lagen von Gewebe und Knochen bis hin zur Oberfläche nicht genau bestimmen, wo das Signal entstanden ist. Seine zeitliche Auflösung hingegen ist gut, da es das Signal im Zeitpunkt seiner Entstehung wahrnehmen kann. Das erlangte Signal bewegt sich in der Größenordnung von Mikrovolt. Daher werden leistungsfähige Verstärker und Filterbenötigt, um das Signal aufzuzeichnen und Störsignale herauszufiltern. Normalerweise wird ein leitendes Gel zwischen die Elektroden und die Kopfhaut gespritzt, um die Leitfähigkeit sicherzustellen und den Widerstand zwischen ihnen zu verringern.
In unserem Lab nutzen wir EEG-Hauben mit standardisierten Ag/AgCl-EEG-Elektroden, die mit dem g.USBamp Biosignal-Verstärker (Guger Technologies, Graz, Österreich) verbunden werden.
Experimente
Wir möchten unsere Systeme weiterentwickeln und sie für verschiedene industrielle Sektoren verfügbar machen. Damit wir unsere Forschungssysteme verbessern können, ist es notwendig, die EEG-Signale mehrerer Testpersonen zu untersuchen. Die Teilnahme in dieser wissenschaftlichen Studie ist vollkommen freiwillig. Normalerweise stellen uns die meisten unserer Teilnehmer/-innen die folgenden Fragen:
- Können Ihre Gedanken gelesen oder aufgezeichnet werden? NEIN. In der gemessenen EEG-Aktivität können keine spezifischen Gedanken erkannt werden.
- Kann das System Gedanken in mein Gehirn übertragen? NEIN. In EEG-Messungen wird nur die natürlich auftretende Gehirnaktivität gemessen. Das Signal wandert immer vom Gehirn aus durch die Elektroden zum Verstärker und niemals andersherum.