Durch Gehirnströme mit der Umwelt kommunizieren

CITEC und Hochschule Rhein-Waal entwickeln neuartige Kommunikationstechnologie

Im Mai 2017 startete das Forschungsprojekt „M³S – moderne Mensch-Maschine Schnittstelle“. Das Projekt wir vom Europäischen Fond für Regionale Entwicklung (EFRE) bis 30.04.2020 gefördert und verfügt über ein Gesamtvolumen von rund 1,5 Millionen Euro. Koordiniert wird M³S von Professor Dr. Ivan Volosyak, Professor für Biomedizin und Engineering an der Hochschule Rhein-Waal. Volosyaks Team kooperiert mit den CITEC-Wissenschaftlern Marc Hesse und Michael Adams aus Professor Dr. Ulrich Rückerts Forschungsgruppe Kognitronik und Sensorik. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler arbeiten an einer Schnittstelle zwischen Gehirn und Computer. In Zukunft soll ein System direkt per Gehirnstrom-Messung gesteuert werden können. Am 16.11.2017 fand nach dem Kick-Off in Kleve das erste Treffen in Bielefeld statt.

Im Projekt M3S arbeiten Wissenschaftler aus der CITEC Forschungsgruppe Kognitronik und Sensorik zusammen mit der Hochschule Rhein-Waal, der Polyoptics GmbH und der Mediablix-IIT GmbH an einer Gehirn-Computer-Schnittstelle. Foto: CITEC/Universität Bielefeld. „Im Projekt M3S entwickeln wir eine verbesserte Kommunikationstechnologie, die Menschen mit körperlichen Beeinträchtigungen dabei hilft mit ihrer Außenwelt in Kontakt zu treten“, sagt Marc Hesse, Mitarbeiter in der Forschungsgruppe Kognitronik und Sensorik von Professor Dr. Ulrich Rückert. „Bei unserer Forschung greifen wir auf Gehirn-Computer-Schnittstellen-Technologie zurück. Diese Technologie misst Gehirnaktivitäten mit einem EEG, also einem Elektroenzephalogramm, und wandelt die Daten mithilfe einer Gehirn-Maschine-Schnittstelle in Echtzeit in Befehle um.“ Neben dem Gesundheitssektor planen die Kooperationspartner von M3S ihr System in der Unterhaltungs- und Spielindustrie einzusetzen. Denkbar ist zum Beispiel eine handfreie Bedienung von Computerspielen. Das System könnte außerdem als Head-Up Display in der Automobilindustrie oder bei hauswirtschaftlichen Tätigkeiten angewendet werden.

Gehirn-Computer-Schnittstellen (Brain-Machine-Interfaces, BMI) haben das Potential, sich in unterschiedlichen Branchen als unterstützende oder auch unterhaltende Technologie zu etablieren. Volosyaks Team will das Interface robuster machen und die Anwendung vereinfachen. So können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Trainingsaufwand bei der Verwendung des Interface verringern. „Wir kombinieren die Gehirn-Computer-Schnittstelle mit Augensteuerung und einem speziell für das BMI-System konzipierten Bildschirm“, sagt Hesse. „So können wir der noch sehr jungen Technologie hoffentlich bald zur Marktreife in unterschiedlichen Industrie-Sektoren verhelfen.“ Das Team um Ivan Volosyak spezialisiert sich auf Gehirn-Computer- und Gehirn-Maschine-Schnittstellen, die sich die normalen Aktivitäten des menschlichen Gehirns zunutze machen.

Auf herkömmlichen Bildschirmen werden mehrere visuelle Reize, beispielsweise mit verschiedenen blinkenden Boxen mit konstanten Frequenzen, gleichzeitig und voneinander unabhängig dargestellt. Durch einfaches Betrachten einer bestimmten Box kann der Benutzer den gewünschten Befehl auswählen. Beim Anschauen modulieren sich die Gehirnströme entsprechend der betrachteten Frequenz. Das mitlaufende EEG kann einen passenden Befehl in Echtzeit klassifizieren.

Mögliche grafische Benutzeroberfläche für eine Gehirn-Maschine-Schnittstelle. Bild: Hochschule Rhein-Waal Die CITEC-Wissenschaftler kümmern sich um die ressourceneffiziente Verarbeitung der Signale. So wollen sie die Latenz reduzieren und gleichzeitig möglichst präzise Berechnungen garantieren. Anwenderinnen und Anwender sollen die Technologie möglichst einfach benutzen können und so das System stärker akzeptieren. Zusätzlich arbeitet Rückerts Team an einer intuitiven grafischen Benutzeroberfläche und der Integration des Systems in ein Smart Home. Die Forschungsgruppe Kognitronik und Sensorik entwickelt federführend die Elektronik für den für das BMI-System notwendigen Bildschirm. Ziel der Entwicklung ist die Ansteuerung eines LED Arrays, das bis zu 200 verschiedene Frequenz-Bereiche umfassen kann. Die Nutzerin oder der Nutzer kann dann aus bis zu 200 verschiedenen Bedienoptionen wählen und so intuitiv das jeweilige System bedienen. Anwender von herkömmlichen Systemen sind schnell irritiert, ihre Augen ermüden oder ihnen wird übel. Mit dem Projekt M3S planen die Forschenden solche Nebenwirkungen auszuschließen.

Weitere Partner in dem Projekt sind die Polyoptics GmbH, die das LED Array entwickelt und die Mediablix-IIT GmbH. Die Mediablix-IIT GmbH setzt die synchronisierte Aufzeichnung zwischen stationären und mobilen EEG und Blickbewegungsmessungssystemen um und liefert entsprechende Klassifikations- und Auswertungsverfahren für die aufgezeichneten Daten.

Am Ende des Projekts soll ein hybrides Ansteuerungssystem entstehen, welches mit den neuesten tragbaren Technologien wie beispielsweise Google Glas, Microsoft HoloLens oder Oculus Rift, verwendet werden kann. Durch Kombination mit weiteren, bereits etablierten und marktreifen Innovationen, wie einem Augensteuerungssystem und den verbesserten Signalverarbeitungs-algorithmen, sollen in dem Projekt M³S die wesentlichen noch offenen Probleme der BMI-Technologie gelöst werden.

Das Projekt "M³S" wird durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.

Weitere Informationen:

Pressemitteilung der Hochschule Rhein-Waal: https://www.hochschule-rhein-waal.de/de/aktuelles/pressemitteilungen/mit-blicken-computer-steuern

Kontakt:

Marc Hesse, Universität Bielefeld
Exzellenzcluster Kognitive Interaktionstechnologie CITEC
Telefon: 0521 106 12041
E-Mail: mhesse@techfak.uni-bielefeld.de