Youtube-Screenshot vom Anlegen des EEG Cap. © Korea University / TU Berlin / Klaus Müller

TU Berlin: Steuerung von Exoskelett

Wissenschaftler an der Korea University, Korea, und der TU Berlin konnten ein Exoskelett als Gehhilfe mittels Brain Computer Interface (BCI) steuern. Dazu werden spezifische, durch ein Elektroenzephalogramm (EEG) gemessene Hirnströme eines Nutzers oder einer Nutzerin dekodiert und in Steuersignale umgewandelt.

20.08.2015

Der Benutzer richtet dazu seine Aufmerksamkeit auf eine von fünf flackernden Leuchtdioden (LEDs) und das BCI System ermöglicht es, dass das Exoskelett hirngesteuert entweder vorwärts oder nach links oder rechts bewegt wird, sich hinsetzt oder aufsteht.

Jede der fünf LEDs flackert in einer unterschiedlichen Frequenz, wobei alle LEDs gleichzeitig flackern. Nur wenn der Nutzer seine Aufmerksamkeit auf eine spezifische LED fokussiert, dann ist deren Flackerfrequenz im EEG stärker reflektiert als die der anderen LEDs, auf die keine Aufmerksamkeit gelenkt wird. Diese Auswahl kann damit in Echtzeit identifiziert und als Steuersignal für das Exoskelett genutzt werden.

Ein Schlüsselproblem hierbei ist die technische Trennung der Signaturen von den Hirnströmen anderer Hirnaktivitäten sowie den ausgeprägten Artefakten, die durch das Exoskelett verursacht werden. „Exoskelette erzeugen eine Menge elektrisches Rauschen“, erklärt Prof. Dr. Klaus-Robert Müller von der TU Berlin, ein Autor der Studie. „Das eigentlich interessante EEG-Signal wird unter all dem technischen Rauschen begraben – aber unser System kann nicht nur das EEG-Nutzsignal trennen, sondern zusätzlich auch die Frequenz der flackernden LEDs unterscheiden.”

Obwohl in dieser Studie das neue System nur für gesunde Probanden getestet wurde, hat es Potential auch kranken oder behinderten Menschen zu helfen. “Menschen mit Amyotropher Lateralsklerose, einer neurodegenerative Erkrankung, oder Lähmung durch starke Rückenmarksverletzung haben größte Schwierigkeiten zu kommunizieren beziehungsweise können ihre Gliedmaßen nicht bewegen”, führt Müller aus. “Eine Dekodierung ihrer Intentionen aus Hirnsignalen könnte neue Wege zur Kommunikation und damit zum Gehen aufzeigen.”

Kommunikation mit dem Exoskelett

Das vorgeschlagene BCI-Steuersystem wäre ein technisch simpler und praktikabler Zusatz für Exoskelette, besonders da EEGs, EEG-Kappen und Hardware immer günstiger werden und mittlerweile auch für den Konsumerbereich zu finden sind. Die Probanden des Experiments brauchten nur wenige Minuten, um die Kommunikation mit dem Exoskelett mittels BCI zu lernen. Für alle Probanden wurden wegen der flackernden LEDs neurologische Vorerkrankungen, dazu zählt Epilepsie, ausgeschlossen.

Die Wissenschaftler arbeiten nun daran, die ‚visuelle Ermüdung‘, die bei längerer Nutzung des Systems auftritt, zu reduzieren. “Wir wollen mit unserer Forschung Patienten helfen. Diese Studie zeigt, dass unser Brain Computer Interface ein Exoskelett einfach, robust und intuitiv steuern kann – obwohl dies durch die vielen Artefakte, die vom Exoskelett selbst ausgehen, nicht einfach ist”, schließt TU-Professor Klaus-Robert Müller.