Erzeugung, Erfassung und interindividuelle Übertragung von Biosignalen

Olze, Katharina

Die Messung der Gehirnströme mittels Elektroenzophalographie (EEG) ist ein Standardverfahren in der heutigen medizinischen Diagnostik. Neben der diagnostischen Anwendung werden aktuell Brain-Computer-Interface-Anwendungen (BCIs) entwickelt, welche EEG als Eingabemöglichkeit am PC nutzen. Dies ist insbesondere für Patienten mit Locked-In-Syndrom, welche keine Möglichkeit zur Kommunikation haben, wie ALS-Patienten, eine Chance, sich in Zukunft verständigen zu können. In dieser Arbeit wird mit einem kapazitiven EEG-Helmsystem das Potential visueller Stimulation via Schachbrettmusterumkehr bei unterschiedlichen Frequenzbereichen und Farbkombinationen analysiert. Dabei wurde der Bereich der Stimulationsfrequenzen, welcher standardmäßig im Bereich zwischen 8 und 20 Hz liegt, auf 40 Hz erweitert, um in einer störungs- und rauscharmen Frequenzumgebung bessere Ergebnisse zu erzielen. Neben dem gewünschten Resultat, dass diese zusätzlichen Frequenzen ein nutzbares Signal mit individuellen Unterschieden in der Signalstärke zeigen, wurde beobachtet, dass die Signalfrequenzen im aufgenommenen EEG von der im Stimulationsprogramm eingestellten abweichen. Dadurch wurden neben den EEGMessungen auch u. a. Messungen der real dargestellten Frequenzen mittels eines am Monitor angebrachten Phototransistors durchgeführt, um die Ursache dieser Abweichung zu finden. Dabei wurde beobachtet, dass die Anzeige zwischen zwei Frequenzen wechselt und das EEG einen Peak bei der gemittelten Frequenz aufweist. Die Hauptursache für die Abweichung wurde in dem bislang verwendeten Programm zur Stimulationserzeugung in Kombination mit dem nicht echtzeitfähigen Windows als Betriebssystem gefunden. Zum Vergleich wurde ein alternatives Stimulationsprogramm mittels DirectX entwickelt und getestet. Die eingestellten Frequenzen wurden exakt angezeigt, bei keiner Messung gab es Abweichungen. Als zweites Thema wurden Haut- und Übergangswiderstände zwischen zwei Menschen unter diversen Randbedingungen behandelt und das Übertragungsverhalten elektrischer Signale zwischen Personen untersucht.

The measurement of brain activity by electroencephalography (EEG) is commonly used for medical diagnoses. Furthermore, there is much research in the field of brain computer interface applications (BCI). BCIs use EEG signals to provide an alternative input device for handicapped people suffering from the locked in syndrome. In this thesis EEG measurements were performed with a capacitive EEG helmet system while visual stimulation with color reversing checkerboards with different colors and frequencies. The aim was to find stimulation parameters which could provide good response so they can be used for BCI applications. One issue was to avoid the frequency range with high noise. Hence, the most often used frequencies between 8 and 20 Hz were extended to 40 Hz. Additional to the desired result of good response at higher frequencies it was found that the measured frequencies differed from those chosen in the software. Therefore, further investigations were performed to find the source of this phenomenon, for example the displayed stimulation was measured by photo transistors. It was observed that the displayed pattern switches between two frequencies. The peak in the EEG spectrum fits to the average of these two frequencies. The main source was detected as the used stimulation program in combination with Windows as not real time capable operating system. An alternative stimulation program was implemented with DirectX and measurements for comparison were performed. The frequencies were stable and not varying, not a single aberration was observed. The second aim of this thesis was to analyze the skin resistance and the resistance between two people on different conditions. Furthermore, the interpersonal transmission behavior of bioelectrical signals was observed.

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Olze, Katharina: Erzeugung, Erfassung und interindividuelle Übertragung von Biosignalen. Berlin 2017. Mensch und Buch.

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