Kapazitives EEG-Helmsystem für BCI-Anwendungen

Brain-Computer Interfaces (BCI) sind Systeme, die ohne Nutzung des peripheren Nervensystems, d.h. ohne Bewegung der Extremitäten oder Bildung von Sprachlauten, die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine ermöglichen. Sie stellen eine direkte Verbindung zwischen Gehirnsignalen und einem externen ausführenden Gerät her. Bei Patienten mit dem Locked-In-Syndrom oder Querschnittslähmung ist in vielen Fällen nur mit Hilfe solcher Systeme eine Kommunikation mit der Umwelt möglich, Anwendungen sind darüber hinaus im Bereich der Steuerung von Maschinen oder Computerspielen angesiedelt. Aufgrund hoher Zeitauflösung und unmittelbarer Wiedergabe neuronaler Prozesse werden die zugrundeliegenden Gehirnsignale in dieser Arbeit mittels nicht-invasiver kapazitiver Elektroenzephalografie (cEEG) direkt an der Kopfoberfläche aufgenommen. Die Elektroden sind in einen Helm integriert, der im 3D-Druck hergestellt wurde. Die anwendungsbezogene Entwicklung des kabellosen 25-Kanal cEEG-Helms stellt somit einen Schwerpunkt dieser Arbeit dar. Nach Übertragung der Daten an einen PC setzt die entwickelte Software diese in Steuerungsbefehle um, die der Nutzer mittels Biofeedback kontrollieren kann. In dieser Arbeit steht die Umsetzung einer Schreibanwendung (Speller) mittels Steady-State Visually Evoked Potentials (SSVEP) im Vordergrund. Hierbei werden die zu messenden Signale visuell durch Schachbrettmusterumkehrstimulation evoziert. Um optimale Funktionalität zu gewährleisten, ist eine Anpassung der Stimulation und softwareseitigen Datenverarbeitung auf den jeweiligen Nutzer notwendig. Dies wurde mittels Color-Frequency Scan (CFS) nachgewiesen und durchgeführt. Hierbei wird überprüft, wie unterschiedlich das Gehirn des Nutzers Signale mit verschiedenen Farben und Frequenzen verarbeitet und wie demzufolge die für eine Anwendungssteuerung am besten zu verwendenden Signale hervorzurufen sind. Aufgrund der Betrachtung der verschiedenen Schnittstellen und Teilprozesse des Gesamtsystems entstand eine interdisziplinäre Arbeit, die neben elektrotechnischen auch designbezogene sowie mechanische und medizinische Fragestellungen umfasst. BCI ist mit seiner Vielzahl an Anwendungsgebieten somit ein Thema der Zukunft, jedoch wird man sich jenseits der reinen Forschung und Entwicklung auch den ethischen Fragestellungen nicht entziehen können, die die Identifikation und Umsetzung des menschlichen Willens ohne sichtbaren Impuls ausschließlich über Gehirnsignale mit sich bringt.