Topics in Brain-Computer Interfacing

Termine und Informationen

Es handelt sich um ein Blockseminar im Umfang von 2 SWS. Beantragt ist die Anerkennung als Modul mit 3 ECTS.

Themen

Ein Brain-Computer Interface (BCI) soll gelähmten Menschen die Steuerung einer einfachen Computeranwendung oder eines Geräts ermöglichen, auch wenn sie keine willkürliche Muskelkontrolle mehr besitzen. Dazu werden die Hirnsignale des BCI-Benutzers (z.B. Signale des Elektroenzephalogramms, EEG) abgelesen und in Echtzeit durch Methoden des Maschinellen Lernens als Steuersignale für verschiedene Anwendungen interpretiert. Die Forschung im BCI-Bereich ist noch sehr jung und expandiert stark. Wir möchten in diesem Seminar Gelegenheit geben, sich mit den Grundprinzipien eines BCI Systems vertraut zu machen. Zudem werden BCI-Systeme, die auf sogenannten auditorischen ERPs (event related potentials) des EEG-Signals basieren, genauer analysiert, und die Grundlagenforschung zu auditorischen ERP-Signalen aufgearbeitet.

Die Seminarteilnehmer wählen aus den folgenden Themen, die individuell vorbereitet und an Sammelterminen präsentiert werden:

1. Grundlagen EEG: Signalentstehung, Signaleigenschaften, Messmethoden.
2. Physiologische Grundlagen von auditorischen ERPs (1): beteiligte Areale und ERP Abfolge für ein einfaches Oddball-Paradigma.
3. Physiologische Grundlagen von auditorischen ERPs (2): beteiligte Areale und ERP Abfolgen für komplexere auditorische ERP-Paradigmen.
4. Grundlagen BCI: Vorstellung existierender BCI Anwendungen, die auditorische ERP Signale nutzen.
5. Praktische Nutzung von ERP Signalen: Signalvorverarbeitung durch Frequenzfilterung
6. Praktische Nutzung von ERP Signalen: Signalvorverarbeitung durch räumliche Filterung
7. Praktische Nutzung von ERP Signalen: Klassifikation mit Methoden des Maschinellen Lernens
8. Einfluss der zentral wirkenden Stoffe Nikotin, Koffein und Alkohol auf ERP Signale.
9. Einfluss des Alkoholismusrisikos auf ERP-Signale.

Literatur und Links

In der Vorbesprechung wird Literatur für die einzelnen Themen ausgegeben.

Zudem können folgende Überblicksarbeiten einen ersten Einblick in das Thema geben:

• Michael Tangermann. Feature Selection for Brain-Computer Interfaces. Dissertation, Universität Tübingen, 2007. pdf

• Benjamin Blankertz, Steven Lemm, Matthias Sebastian Treder, Stefan Haufe, and Klaus-Robert Müller. Single-trial analysis and classification of ERP components -- a tutorial. Neuroimage, 2010. pdf

• John Polich and Albert Kok. Cognitive and biological determinants of P300: an integrative review. Biological Psychology 41, p.103-146. 1995.

• Salil H. Patel1 and Pierre N. Azzam. Characterization of N200 and P300: Selected Studies of the Event-Related Potential. Int J Med Sci. 2005; 2(4): 147–154. 2005. pdf