Gibt es nützliche Anwendungen für das Dreikanal-Verbraucher-EEG?

Punkt für Punkt:

Das Melonen-Stirnband hat drei Elektroden. Unsere primäre Elektrode befindet sich auf der als FP1 bekannten Stirnregion, wo Melon die Gehirnwellenaktivität vom präfrontalen Cortex überwachen kann.

Das Problem dabei ist, dass Strom so nicht funktioniert. Strom fließt immer zwischen zwei Punkten, und unsere Elektroden messen das Potential zwischen zwei Stellen. Nach seiner Entdeckung durch Tönnies irgendwo im Jahr 1938 waren die meisten EEG-Verstärker Differenzverstärker. Das bedeutet, dass jede Elektrodenaufzeichnung aus 3 verschiedenen Stellen besteht: der Masseelektrode, der Referenz und der Zielstelle. Was als Aktivität bei FPz gemeldet wird, ist wirklich ((FPz-Ground) - (Reference-Ground)).
Dies bedeutet, dass unsere Messung an der sogenannten aktiven Elektrode kein isoliertes Maß der Aktivität direkt unter dieser Elektrode allein ist, sondern eine Mischung aus der Aktivität, die mehreren Stellen zugrunde liegt. Was Sie in einem solchen Setup beobachten, hängt also stark davon ab, wo sich Ihre Referenz befindet. Ich konnte nicht finden, wo die Melon's Reference sitzt, aber es muss irgendwo auf dem Stirnband sein. Das Stirnband umschließt den Schädel, und alle durch das Stirnband erlaubten Positionen befinden sich über kortikalen Bereichen.
Typische Referenzpositionen sind Cz, Nase oder der Durchschnitt, von denen keines in einem 3-Elektroden-Stirnbandkontext möglich oder sinnvoll ist. Möglicherweise befindet sich die Referenz über dem Temporal- oder Okzipitallappen.

Was die Melone also als Aktivität bei FPz meldet, wird in Wahrheit eine Mischung aus Aktivität bei FPz und Aktivität an einer anderen Stelle, auch oberhalb des Kortex, sein. (Es ist möglich, dass sie ihren Boden sehr nahe an der Referenz platziert haben, was eine sehr ungewöhnliche Anordnung ist ...)

Darüber hinaus erfassen einzelne Elektroden niemals isolierte Gehirnstellen. Elektrische Felder, wie sie von synchron feuernden kortikalen Clustern projiziert werden, breiten sich feldartig aus. Jede Aufnahmestelle nimmt daher eine bestimmte Mischung aus dem gesamten Gehirn auf. Die Aktivität von Stellen, die näher an der Elektrode liegen, wird etwas stärker sein, da die Feldstärke mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt, aber der Teil des Kortex direkt unter der Elektrode wird immer noch von der summierten Aktivität von allem neben und darunter überwältigt.
Umso mehr, als die stärksten Aktivitätsmuster der Großhirnrinde von den Hinterhauptslappen ausgehen – dem sogenannten Alpha-Rhythmus. Alpha dominiert normalerweise die kortikale Aktivität, da es sich um ein einfaches synchronisiertes Feuern handelt.

Darüber hinaus wird Alpha auf der Melone höchstwahrscheinlich durch die Referenzstelle künstlich verstärkt, da je nachdem, wo die Referenz platziert wird, sie notwendigerweise näher am Okzipitallappen liegt als FPz, FPz Alpha mit der umgekehrten Polarität der meisten erhält Scalp, und das Subtrahieren des Alphas von der Referenz vom restlichen invertierten Alpha bei FPz führt zu erheblichen Alpha-Effekten.

Diese beiden Probleme sind im Grunde seit den Anfängen des EEG bekannt, da Hans Berger selbst, der Entdecker des EEG, bereits über das Phänomen gestolpert ist, dass egal wo er seine beiden Elektroden anlegt (Berger kam nie wirklich dazu, Tönnies' Vorschlag zu würdigen ), würde er sehr ähnliche Aktivitäten sehen. Bergers Interpretation war, dass das gesamte Gehirn teilweise im Grunde das Gleiche tut, alles im Gehirn ist teilweise durch ein riesiges gemeinsames Schwingungsmuster vereint – Alpha.
Die Aktivität, die speziell mit frontalen Stellen verbunden ist, insbesondere der Theta-Rhythmus, ist viel schwächer. Nur die präfrontale Theta-Aktivität zu extrahieren kann eine sehr schwierige Aufgabe sein, wie man an den ausgefeilten Methoden erkennen kann, die von Artikeln verwendet werden, die versuchen, genau das zu isolieren, wie zum Beispiel diese und diese.

Was Ihnen jedoch vor allem das zweite Paper zeigen wird, ist die dominanteste Aktivität bei FPz: Eye Blinzeln. Hier zeige ich Ihnen Aktivitäten von FPz in einem meiner Experimente.

Was Sie im oberen rechten Bild hauptsächlich sehen, sind die roten Punkte. Jedes davon ist ein Blinzeln von unserem Subjekt. Sie sehen, dass die Punkte die Gesamtaktivität völlig überwältigen. Das folgende Spektrum gibt die gleichen Informationen: Es ist ein einfaches Potenzgesetz-Spektrum mit fast der gesamten Leistung in sehr niedrigen Frequenzen, ohne eine bestimmte Spitze in einem Frequenzbereich wie Theta oder Alpha.

Ich frage mich: Was kann ich mit so einem EEG messen? Welche Anwendungen wären unwahrscheinlich? Wie lässt sich „Fokus“ quantifizieren?

Interessanterweise könnte dies sogar möglich sein, da einer der besten EEG-Prädiktoren für den Fokus die Alpha-Amplitude ist. Die ausgeprägten Signale des präfrontalen Kortex sind hier jedoch nicht sehr wichtig. Vielmehr ist das Alpha-Signal.
Alpha ist ein sehr grober Indikator für Aufmerksamkeit, und Sie werden immer weniger Informationen aus einem einzelnen Sensor herausholen als durch einfache Selbstbeobachtung ("Fühle ich mich schlapp?"). Aber Sie könnten ein grobes Korrelat des aktuellen Bewusstseins erhalten, wenn Sie sich die Alpha-Power ansehen, vorausgesetzt, Sie positionieren das Ding so, dass Sie so viel Alpha wie möglich herausholen (dh nicht über FPz). Die diesbezügliche Forschung befindet sich noch im explorativen Stadium, lange bevor man sich auf die Systeme verlassen würde. Siehe für ein paar Beispiele: ein Drei-Kanal-System wie das Melon ; ein 4-Kanal-System ; 14 Elektroden.
Wenn ich sage "es ist möglich", dies mit einem 3-Kanal-System zu tun, meine ich nicht, dass es jetzt möglich ist . Niemand hat diese Technologie noch. Vielmehr könnte es in Zukunft möglich werden. Wobei ich auch dann eher auf ein größeres Sensorarray hoffen würde. Beachten Sie auch, dass dies immer noch sehr grobe Schätzungen sind - sie können Ihnen sagen, ob Sie schläfrig sind oder nicht, ob Sie gerade einschlafen oder nicht. Sie werden nicht in der Lage sein, subtilere Zustände zu unterscheiden.

Wäre es möglich, (verschiedene) Schlafzustände zu identifizieren?

Diese muss ich weitergeben. Ich bin kein Schlafexperte. Ich denke jedoch, dass die Position der Melone falsch ist.

Könnte es möglich sein, einen Cursor/ein Spiel zu steuern (Links-/Rechtsbewegungen)?

Möglicherweise - wenn Sie es so platzieren, dass Ihre Augenbewegungen möglichst starke positive und negative Strömungen widerspiegeln. Von der Gehirnaktivität? Nein. Die Bewegungsdecodierung erfordert viel mehr Sensoren an sehr unterschiedlichen Orten. Die motorischen Bereiche befinden sich grob gesagt näher an der Mitte des Gehirns, und dort bräuchten Sie eine sehr dichte Elektrodenabdeckung, um etwas zu sehen.

Postscript-Bearbeitung: ein paar Referenzen zur Dekodierung von Bewegungsabsichten mit (Mehrkanal-) EEG. Wie Sie sehen, ist die Leistung selbst mit einem qualitativ hochwertigen Mehrkanal-EEG nicht besonders gut. http://journal.frontiersin.org/Journal/10.3389/fnins.2014.00222/abstract http://journal.frontiersin.org/Journal/10.3389/fnhum.2013.00124/full

Diese Art von Sensor ist kaum revolutionär, es scheint, dass die Integration und Miniaturisierung die Hauptunterschiede zwischen beispielsweise Melon oder this oder einem 7-Punkt-Sensor wie Muse sind, der angeblich Alpha- und Betawellen überwacht und bereits in Produktion ist. Beachten Sie, dass das 10/20-System so alt ist wie ich: über 30 Jahre. Außerdem ist es ein analoges, dummes Gerät ohne Interpretation oder adaptive Algorithmen.

Die offensichtlichste nicht aufgeführte Anwendung für dieses Gerät besteht darin, sich zu einem besseren Videospieler auszubilden. Im Ernst, der präfrontale Kortex, die Echtzeit-Exekutivfunktion und ein „fokussierter Zustand“ hätten alle möglichen nützlichen Anwendungen, insbesondere für Echtzeitaktivitäten mit Exekutivfunktionen: Videospiele, Rennwagenfahren, Steuern bei extremem Wetter oder 1-on-1-Sportarten wie Tennis. Dies kann in einem neurowissenschaftlichen Lehrbuch wie dem oben kopierten und eingefügten als die "Zukunft" angesehen werden. Dies ist jedoch sehr real, da das Militär, das MIT und andere seriöse Forschungseinrichtungen diese Technologie seit vielen Jahren für genau diesen Zweck einsetzen.

Ich bin kein Neurowissenschaftler; Ich habe einen Hintergrund in Informatik und Geisteswissenschaften/Forschung. Laut: http://www.brainm.com/help/Positions_and_brain_function.htm steuert Fp1 jedoch:

• Logische Aufmerksamkeit
• Netzwerk orchestrieren
• Interaktionsplanung
• Entscheidungsfindung
• Abschluss der Aufgabe
• Arbeitsgedächtnis

Anscheinend wird versucht, einen Neigungssensor zu integrieren, der zur Steuerung der Links-Rechts-Achse verwendet werden könnte, beispielsweise in einem Videospiel. Die Dokumentation und Spezifikationen fehlen oder sind vage.