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Wissenschaftler an der Korea University, Korea, und der TU Berlin konnten ein Exoskelett als Gehhilfe mittels Brain Computer Interface (BCI) steuern. Dazu werden spezifische, durch ein Elektroenzephalogramm (EEG) gemessene Hirnströme eines Nutzers oder einer Nutzerin dekodiert und in Steuersignale umgewandelt.
Der Benutzer richtet dazu seine Aufmerksamkeit auf
eine von fünf flackernden Leuchtdioden (LEDs) und das BCI System
ermöglicht es, dass das Exoskelett hirngesteuert entweder vorwärts
oder nach links oder rechts bewegt wird, sich hinsetzt oder aufsteht.
Die Resultate dieser Studie werden am 18. August
2015 im Journal of Neural Engineering publiziert:
iopscience.iop.org/1741-2552/12/5/056009 [1].
Jede der
fünf LEDs flackert in einer unterschiedlichen Frequenz, wobei alle
LEDs gleichzeitig flackern. Nur wenn der Nutzer seine Aufmerksamkeit
auf eine spezifische LED fokussiert, dann ist deren Flackerfrequenz im
EEG stärker reflektiert als die der anderen LEDs, auf die keine
Aufmerksamkeit gelenkt wird. Diese Auswahl kann damit in Echtzeit
identifiziert und als Steuersignal für das Exoskelett genutzt werden.
Ein Schlüsselproblem hierbei ist die technische
Trennung der Signaturen von den Hirnströmen anderer Hirnaktivitäten
sowie den ausgeprägten Artefakten, die durch das Exoskelett
verursacht werden.
„Exoskelette erzeugen eine Menge
elektrisches Rauschen“, erklärt Prof. Dr. Klaus-Robert Müller von
der TU Berlin, ein Autor der Studie. „Das eigentlich interessante
EEG-Signal wird unter all dem technischen Rauschen begraben - aber
unser System kann nicht nur das EEG-Nutzsignal trennen, sondern
zusätzlich auch die Frequenz der flackernden LEDs unterscheiden.”
Obwohl in dieser Studie das neue System nur für gesunde
Probanden getestet wurde, hat es Potential auch kranken oder
behinderten Menschen zu helfen.
“Menschen mit
Amyotropher Lateralsklerose, einer neurodegenerative Erkrankung, oder
Lähmung durch starke Rückenmarksverletzung haben größte
Schwierigkeiten zu kommunizieren beziehungsweise können ihre
Gliedmaßen nicht bewegen”, führt Müller aus. “Eine Dekodierung
ihrer Intentionen aus Hirnsignalen könnte neue Wege zur Kommunikation
und damit zum Gehen aufzeigen.”
Das vorgeschlagene
BCI-Steuersystem wäre ein technisch simpler und praktikabler Zusatz
für Exoskelette, besonders da EEGs, EEG-Kappen und Hardware immer
günstiger werden und mittlerweile auch für den Konsumerbereich zu
finden sind.
Die Probanden des Experiments brauchten nur
wenige Minuten, um die Kommunikation mit dem Exoskelett mittels BCI zu
lernen. Für alle Probanden wurden wegen der flackernden LEDs
neurologische Vorerkrankungen, dazu zählt Epilepsie, ausgeschlossen.
Die Wissenschaftler arbeiten nun daran, die 'visuelle Ermüdung', die
bei längerer Nutzung des Systems auftritt, zu reduzieren.
“Wir wollen mit unserer Forschung Patienten
helfen. Diese Studie zeigt, dass unser Brain Computer Interface ein
Exoskelett einfach, robust und intuitiv steuern kann - obwohl dies
durch die vielen Artefakte, die vom Exoskelett selbst ausgehen, nicht
einfach ist”, schließt TU-Professor Klaus-Robert Müller.
Ein Video des BCI gesteuerten Exoskelettes ist zu sehen unter:
https://youtu.be/myNRcDIgfjw [2] (credit: © Korea University /
TU Berlin)
Weitere Informationen und Kontakt zum TU-Wissenschaftler:
Stefanie TerpPressesprecherin der TU Berlin
Tel.: 030/314-23922
E-Mail-Anfrage [3]
Kontakt zu den beteiligten Wissenschaftlern aus Korea:
IOP Senior Press OfficerSteve Pritchard
E-Mail-Anfrage [4]
nfrage/parameter/de/maxhilfe/id/163169/?no_cache=1&
ask_mail=YAHTMgANHO7lsa%2FjRGSa48ZdcIQCK64bMhpqT3cfWU7k
O0VqEZoVjQ%3D%3D&ask_name=PRESSESTELLE
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o%3D&ask_name=STEVE%20PRITCHARD