#SciChallenge2017' Plakat

ɣ brain 2 writeDas Phänomen

Legt man Elektroden an der Schädeloberfläche einer Person an, so sind dortgeringe Spannungen im Bereich von 5 – 100 µV messbar. Diese lassen sichmithilfe eines EEGs messen, visualisieren und graphisch auswerten.

→ Welche Bedeutung haben die gemessenen Spannungen?→ Kann man damit diese Spannungen bzw. Frequenzen aufzeichnen?

→ Sind diese so präzise, um damit ein Schreibprogramm zu entwickeln?

Erklärung der Gehirnspannungen

1.Aufbau und Funktionsweise des Gehirns

• Das Gehirn besteht aus mehreren Regionen

• Hier treten unterschiedliche Frequenzen auf

• Die zugehörigen Spannungen liegen zwischen

5 und 100 µV

I I

V

A1 A2

2. Erklärung des

Elektroenzephalogramms

• Aufzeichnung und Auswertung von

Spannungsschwankungen der Gehirnaktivität

1. Die bipolare Ableitung

• Basierend auf dem Ten-twenty System (10 - 20

System)

• 19 Elektroden mit gleichem Abstand zueinander,

eine Referenzelektrode als Nullpunkt➔ Lokalisierung von Störanfällen durch Aufspannen

von Elektrodensträngen

2. Die unipolare Ableitung

• Mehr als vier Elektroden

• Messung von Spannungsdifferenzen gegenüber

einem Referenzpunkt ➔ keine Lokalisierung von Störanfällen

Elektrisches Rauschen und dessen Verminderung

1. Erklärung des Rauschens

• Hintergrundfrequenzen mit Spannungs-

amplituden > 1µV

• Beobachtbar auch wenn keine Messung

stattfindet

• Eliminierung mit Hilfe folgender

Gaußfunktion

➔Die Summe der Effektivwerte der

voneinander unabhängigen Rauschquellen

ergeben den Gesamteffektivwert

σGes = σ1 + σ2 + σn

2. Experimentelle Verminderung

des Rauschens• Erdung der Versuchsperson durch einen Faraday-

Käfig

• Isolation, bzw. Erdung des EEG und der Verbindungskabel durch einen zweiten Faraday-Käfig

➔Abschirmung vor elektrischem Rauschen

• Verbesserung der Leitfähigkeit der Elektroden

• Desinfektion und Verwendung von Leitpaste

Leander Hartenburg (15) 2017

Gehirnbereich Name Wirkung Frequenz

Großhirn Betawellen Entspannung 13 - 16,75 Hz

Thalamus Gammawellen Konzentration 38Hz

Thalamus Deltawellen Schlaf 0,5 - 3Hz

Hippocampus Thetawellen Träumen 4 - 7Hz

Hinterhautlappen Alphawellen Denken 7,5 - 12Hz

𝑓 𝑈 =𝑒𝑥𝑝

𝑈 − ഥ𝑈2

2𝜎2

2𝜋 ∙ 𝜎2

➔Abhängig vom Verstärkungsfaktor, den Spannungsdifferenzen und der Messmethode

Entwicklung des Schreibprogramms

Processing-Programm:

• Übernahme der Messwerte vom Mikrocontroller

• Bildung von Mittelwerten

• Vergleich mit den mentalen Messwerten

• Berücksichtigung personenspezifischer Abweichungen

• Ausgabe des Wortes

Vergleich mit einem echten EEG

Fazit

• Messung und Auswertung der Daten wurden experimentell bestätigt

• Alle Daten konnten spezifischen Gehirn- und Frequenzbereichen zugeordnet werden

• Die einzelnen Messwerte konnten auf die häufigsten Wörter angepasst werden

Messung bei Buchstabenbetrachtung

ɣ brain 2 write

• Wichtigster Baustein ist ein Instrumentenverstärker

• Konstruktionsschritte:

1. Schaltungen mit den Instrumentenverstärkern AD623 und ADS1298

2. Umbau eines „Mindflex“-Stirnbandes durch Verbinden des TxD-Ports mit einem Arduino-Microcontroller

3. Konstruktion der "ɣ brain to write“-Boards

Messung der Gehirnspannungen

Auswertung der Signale mit ElecGuro:

• Messwerte schon bei offenen Augen

• Hauptsächlich Signale von Rauschquellen

• Geringe Spannungs-differenzen

Leander Hartenburg (15) 2017

• Messung der Gehirnpotentiale bei der visuellen Betrachtung von Vokalen

• Aufzeichnung der Gehirnpotentiale bei der nicht-visuellen Konzentration auf einzelne Wörter

• Anlegen der GND- und Referenzelektrode am Mastoidknochen

• Anlegen der Messelektroden an der Stirn bzw. Hippocampus

• Messung der Entspannung- und Anspannungswerte über einen Zeitraum von 25 Sekunden

• Zehnmin. Aufzeichnung des Normalzustandes (linke Abb.)

Auswertung der FFT-Kurve

mit LabView:

• „Blinken“ beim Schließen der Augen

• Erhalt von eindeutigen Messwerten allein durch auditive Gehirnmanipulation

Person Anzahl der Messungen Mittelwert

Person 1 50 136988,72

Person 2 50 113586,96

Person 3 50 95387,96

Durchschnitt 115321,2133

Anzahl der Messungen Buchstabe Durchschnitt

25(50sec) E 1179,52

25(50sec) I 2088,84

25(50sec) O 1660,48

25(50sec) U 1358,22

0

1000

2000

3000

4000

5000

1 4 7 1013161922252831343740434649

Wort Schule

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49

Wort Zukunft

Konstruktion von Elektroenzephalogramm-Geräten