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Forscher des Fraunhofer-Instituts für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik FIRST haben einen Prototypen für ein Gel freies EEG (Elektroenzephalogramm) entwickelt. Er funktioniert auf Basis von sechs verteilten Kontaktsensoren, die die Hirnaktivitäten auf der Kopfhaut messen. (Mehr Elektroden, die an die jeweilige Kopfform angepasst werden können, sind möglich).

Anwendungsbereiche

Herkömmliche EEG-Geräte müssen vor der Messung aufwändig am Kopf der Patienten angebracht werden. Die einzelnen Elektroden werden mit Leitgel gefüllt, um den Kontakt zur Kopfhaut herzustellen. Die Einrichtung eines solchen EEGs dauert in etwa 30 Minuten. Fraunhofer-Forscher stellen jetzt eine Alternative vor, die die Anbringung auf ca. zwei Minuten verkürzt. Dazu haben die Wissenschaftler sechs Elektrodenarrays (kleine nadelförmige Elektrodenstecker) sowie eine Referenzelektrode auf einem flexiblen Helm montiert. Der Prototyp, für den die Fraunhofer-Forscher ein Patent angemeldet haben, soll zunächst für Forschungszwecke – insbesondere im Bereich der Brain-Computer Interfaces (BCI) – eingesetzt werden. Bei einem BCI werden Gehirnsignale mit Hilfe eines EEGs ausgelesen, klassifiziert und in Steuersignale für einen Computer umgewandelt. So können z.B. Probanden, die sich Bewegungen der rechten oder linken Hand vorstellen, mithilfe eines BCI auf der Grundlage ihrer Imagination einen Cursor nach rechts oder links bewegen. Der Prototyp wurde auf der NIPS (Neural Information Processing Conference) und im Rahmen der Langen Nacht der Wissenschaften von freiwilligen Probanden gestestet, die nicht an die Benutzung eine BCI gewöhnt waren. 16 von 17 Versuchspersonen gaben an, den Cursor bis zu einem gewissen Grad kontrollieren zu können. Sie waren darüber hinaus in der Lage, innerhalb eines einstündigen Versuchs, Computerspiele wie BreakOut2 und 3D Pinball zu spielen.

Benchmarks

In einer vergleichenden Studie mit fünf gesunden Probanden, die im Fachmagazin PLoS ONE veröffentlicht wurde, wurde die Leistungsfähigkeit eines herkömmlichen 64-Elektroden EEGs mit derjenigen der Gel freien Technologie verglichen. Zwar war der neue Prototyp im Schnitt 30% langsamer als die Standard-Kappe (9,6 vs. 14,9 bits/m), bei der maximalen Übertragungsrate (36,5 bzw. 35,4 bits/m) und in puncto Zuverlässigkeit (94,5 bzw. 98% korrekt ausgelesene Signale) erreichten beide Technologien jedoch ähnliche Werte. In den Proceedings of the World Congress 2009, Munich (Grozea et. al), werden neuere Ergebnisse beschrieben. Im Zentrum stehen kliniktypische EEG-Paradigmen auf der Grundlage von Durchschnittswerten („N100” oder Reaktion auf auditive Stimulation, s. Grafik).

Die Verbindung aus kostengünstigen, einfach zu benutzenden Technologien, fortschrittlicher EEG-Analyse und Maschinellem Lernen, die bei Fraunhofer FIRST entwickelt wurde, ermöglicht neue Anwendungsmöglichkeiten für das EEG. Dazu gehören nicht allein die Nutzung in den eigenen vier Wänden (BCI, Biofeedback), sondern auch im klinischen Bereich, z.B. bei der Entwicklung von Neuroprothesen oder computergestützter Diagnose.