'#SciChallenge2017' Plakat von Leander Hartenburg

1. ɣ brain 2 write
Das Phänomen
Legt man Elektroden an der Schädeloberfläche einer Person an, so sind dort
geringe Spannungen im Bereich von 5 – 100 µV messbar. Diese lassen sich
mithilfe 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 - 16,75Hz
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

2. 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