Nova Acta Leopoldina Band 110 Nummer 377

Im Folgenden wollen wir kurz auf die neurophysiologischen und datenanalytischen Grundla- gen des Berliner BCI eingehen, bevor wir einige BCI-Anwendungen vorstellen und die vor- gestellten Arbeiten abschließend bewerten. 2. Neurophysiologische Grundlagen Während es eine große Auswahl neurophysiologischer Signale gibt, die ein BCI prinzipiell dekodieren könnte (vgl. WOLPAW et al. 2002, KÜBLER und MÜLLER 2007, DORNHEGE et al. 2007), werden wir uns hier auf eine Diskussion von Korrelaten motorischer Intentionen (d. h. Bereitschaftspotential [BP] und sensomotorische Rhythmen [ERD/ERS]) beschränken. 2.1 Bereitschaftspotential Ereigniskorrelierte Potentiale (EKPs) sind transiente Hirnantworten, die in einer spezifischen zeitlichen Relation zu einem Ereignis stehen. Dieses Ereignis kann sowohl ein externer sen- sorischer Stimulus oder die Änderung eines internen Hirnzustandes sein, solange damit ein messbares internes Zustandssignal verbunden ist (e.g. Motoraktion, kognitive oder psycho- physikalische Aufgaben). Da die simultane Aktivität verschiedener Hirnareale für eine ständig variable Hintergrundaktivität im EEG sorgt, kann ein EKP in einem Einzeltrial (d. h. in einem zum Stimulus gehörenden EEG-Segment) normalerweise nicht ausreichend deutlich beob- achtet werden. Um EKPs genauer zu untersuchen, werden daher gewöhnlich viele Wiederho- lungen eines Einzeltrials durchgeführt, die dann relativ zum Stimulus gemittelt werden. Im Falle des BCIs besteht die Herausforderung allerdings gerade darin, EKPs im Einzeltrial zu detektieren. Forschen an einer neuen Schnittstelle zum Gehirn: Das Berliner Brain-Computer-Interface Nova Acta Leopoldina NF 110, Nr. 377, 235–257 (2011) 239 Abb. 2 Mittlere Antwort ereigniskorrelierter Potentiale während die gemessene Person mit dem linken bzw. rechten Zeigefinger tippte (N = 275 resp. 283 Trials pro Klasse). Die Fingerbewegungen wurden ohne vorgegebenen äußeren Takt ausgeführt, mit einem durchschnittlichen Zeitabstand von 2 s. Die beiden mittleren Abbildungen zeigen die topo- graphischen Muster der Hirnpotentiale, gemittelt im Intervall –220 ms bis –120 ms relativ zum Tastendruck. (Dieses Zeitintervall ist in den Abbildungen links und rechts grau unterlegt; das frühere, ebenfalls grau markierte Intervall rund um –800 ms wurde zur Definition der Basisreferenz genutzt.) Die dick markierten Kreuze zeigen die Positionen der Elektroden CCP3 und CCP4 an, für welche die EKP-Verläufe über der Zeit in den äußeren Abbildungen zu sehen sind. Zum Vergleich dazu sind auch die EMG-Aktivitätsverläufe dargestellt, welche die Muskelaktivität anzeigen. Die EMG- Aktivität beginnt nach –120 ms und erreicht ihr Maximum bei –50 ms. Das BP ist als kontralaterale Negativierung zu sehen, die schon ca. 600 ms vor der Bewegung beginnt und kontinuierlich bis zum Beginn der EMG-Aktivität ansteigt.