Studieren und nebenbei Erfinden


19.12.2016 von

https://www.iteratec.de/fileadmin/Bilder/News/iteratec_logo.png https://www.iteratec.de/fileadmin/Bilder/News/iteratec_logo.png iteratec GmbH

Hallo, ich heiße René, bin 20 Jahre alt und komme aus Südtirol, Italien. Ich studiere im 3. Semester des Bachelor-Studiengangs Informatik an der TUM. Ich habe nach einer zusätzlichen Herausforderung neben dem Studium gesucht und bin dabei auf iteratec gestoßen, insbesondere auf das Studentenlabor (SLAB). Nach meinem Bewerbungsgespräch und der Potenzialanalyse habe ich dann im Oktober 2016 angefangen als Werkstudent bei iteratec zu arbeiten. Die ersten zwei Monate habe ich mich mit einem Helm für EEG, kurz für Elektroenzephalografie, beschäftigt. In diesem Blog möchte ich meine Erfahrungen bei iteratec und mit dem Projekt teilen.

Gleich an meinem ersten Tag bekam ich den noch nicht zusammengebauten Helm in die Hand gedrückt, habe mir im Studentenlabor einen Platz ausgesucht und begonnen zu tüfteln. Das Arbeitsklima bei iteratec ist sehr angenehm, es ist immer jemand in der Nähe, der bei Fragen Hilfestellung geben kann. Es kamen auch regelmäßig Mitarbeiter vorbei, die mich mit dem Helm, der sehr auffällig ausschaut, gesehen haben und sich dafür interessieren, was ich denn damit vorhabe.

Bei dem Helm handelt es sich um den Ultracortex Mark 3 von der Firma OpenBCI. Der Helm kann eine EEG-Messung mit acht Kanälen durchführen. Er misst also die summierte elektrische Aktivität des Gehirns an acht verschiedenen Stellen. Das Projektziel ist es, mit dem Helm einen Lego-Bagger oder ein Spiel zu steuern und das über Gedankenkontrolle. Dabei war nicht klar ob oder inwiefern der Helm dazu geeignet ist. Bis zum Schluss habe ich mich mit dem Zusammenbau des Helmes über die Interpretation von Gehirnströmen bis zur Umsetzung des Ganzen mit Node.js und JavaScript beschäftigt. 

Am Anfang war vor allem die Signalverarbeitung ein Thema. Dabei kamen viele für mich neue Begriffe wie Frequenzspektrum, Fourier-Transformation, Kerb- und Bandpassfilter auf mich zu. Um mich einzuarbeiten, habe ich versucht, Blinzeln aus den Messungssignalen in Echtzeit herauszulesen. Blinzeln ist recht auffällig und deshalb eigentlich eher ein Störsignal, aber gerade deshalb erschien es mir geeignet, um den Helm zu testen. Nachdem dies erfolgreich war, habe ich versucht Alpha-Wellen zu messen. Alpha-Wellen entstehen, wenn man entspannt ist und haben eine Frequenz von 7 bis 13Hz. Das Besondere an ihnen ist, dass man sie bewusst erzeugen kann, indem man die Augen schließt! Man kann sie dann nämlich am Hinterkopf über den Visual Cortex messen. Alpha-Wellen auf einer Aufnahme zu sehen, hat sich als nicht schwer herausgestellt. Das Ganze automatisch zu messen, ist aber eine Herausforderung. Aber auch das wäre noch nicht genug gewesen, um einen Bagger angenehm zu steuern. Möglich gewesen wäre dies wohl mit Mu-Wellen. Diese entstehen im Motorcortex, der ungefähr von Ohr zu Ohr einmal über den Kopf verläuft, wobei die linke Gehirnhälfte den rechten Teil des Körpers steuert und umgekehrt. Mu-Wellen haben die Eigenschaft, dass sie verschwinden sobald man ein Körperteil bewegt, für den dieser Teil des Motorcortex zuständig war. Es reicht aber auch schon an so eine Bewegung zu denken! Die Idee wäre über dem Motorcortex mehrere Pins für Messungen zu setzen, eine für die linke Hand, eine für die Rechte und eine für die Füße. Damit könnte man einen Bagger steuern.

Das Messen der Mu-Wellen hat sich leider als zu große Herausforderung herausgestellt. Es kam zu mehreren Problemen. Das Erste war der Helm, weil die Kontakte mit der Kopfhaut zu hohe Störungen erzeugen oder wegen zu vielen Haaren gar keinen Kontakt haben. Störsignale durch Muskelbewegungen haben sich auch als sehr schlimm herausgestellt, weil die Stromstärke von Muskelbewegungen in etwa um den Faktor 100 stärker ist als die von Gehirnströmen. So muss man komplett stillhalten, wenn man ein „schönes“ Signal erhalten will. Dazu kommt, dass die Messungen sich nicht nur stark von Person zu Person unterscheiden, sogar bei ein und derselben Person schaut die Messung je nach Gemütszustand anders aus. All dies zusammen hat bewirkt, dass ich es nicht geschafft habe, verlässlich einen Gedanken aus dem Signal zu interpretieren.

Als Fazit von der Arbeit mit dem Helm nehme ich mit, dass er eher für Aufnahmen geeignet ist, wo Störsignale nicht wirklich ins Gewicht fallen, z.B. um seinen Schlaf zu kontrollieren, indem man den Helm die ganze Nacht trägt. Die Mu-Wellen-Messung war leider komplett erfolglos. Alpha-Wellen kann man zwar messen, es kommt aber oft zu oben genannten Problemen.

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