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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Anzeigeelementes auf einer Anzeige gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Biofeedbackeingabevorrichtung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 23.
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Als Biofeedback wird ein Verfahren bezeichnet, wobei mindestens eine Körperfunktion eines menschlichen Körpers erfasst wird, an ein Anzeigeelement vzw. an eine Anzeige übergeben wird und mit Hilfe des Anzeigeelementes bzw. der Anzeige die Körperfunktion dargestellt wird. Mittels der Rückmeldung über die Anzeige kann der Benutzer lernen, mit seiner Körperfunktion, bspw. einer Muskelkontraktion, ein Anzeigeelement auf der Anzeige zu bewegen. Hierbei lernt der Benutzer, sich spielerisch bestimmte körperliche Funktionen bewusst zu machen, um diese ggf. zu verbessern.
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Aus der
DE 101 49 049 A1 ist ein Verfahren bekannt, wobei mehrere biologische Parameter eines Benutzers von einer Computeranwendung automatisch erfasst werden. Die Parameter werden dabei mittels eines Elektromyogramms (EMG), nämlich einer Amplitude der Kontraktion eines Armmuskels – des Muskulus Flexor Digitorum Quintus – erfasst. Diese Amplitude wird als Eingangssignal verarbeitet und anhand der erfassten Amplitude wird eine virtuelle biologische Repräsentanz des Nutzers in der Computeranwendung dargestellt. Die virtuelle biologische Repräsentanz wird als Avatar bezeichnet. Der Benutzer hat die Aufgabe, einen im Computerspiel dargestellten Stein möglichst hochzuheben. Der Stein bildet das zu bewegende Anzeigeelement und der Bildschirm die Anzeige. Der Nutzer ballt mit maximaler Stärke eine Faust. Hierdurch kommt es zur Aktivität des Muskels, wobei die Amplitude der Aktivität als Eingangssignal aufgezeichnet, verstärkt und AD-gewandelt wird, um dann in Form eines Ausgangsignals, das die Amplitude der elektrophysiologischen Muskelaktivität in mV repräsentiert, an den Rechner weitergegeben zu werden. Am Rechner findet eine statische Auswertung statt. Das Ausgangssignal wird dazu in einem vorgegebenen Zeitbereich von z. B. einer Sekunde integriert. Anschließend findet ein statischer Vergleich dieses Wertes mit Referenzwerten des Nutzers aus Voruntersuchen oder mit allgemeinen Referenzwerten statt. Entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs wird die Gestalt des Avatars modifiziert. Liegen die Werte des Nutzers bspw. in einem oberen Referenzbereich, wird ein Avatar gewählt, der im Vergleich zu anderen Avataren groß ist und eine große Muskelmasse hat. Liegen die Werte des Nutzers bspw. in einem unteren Referenzbereich, wird ein Avatar gewählt, der im Vergleich zu anderen Avataren eine kleine Muskelmasse besitzt. Während des sich darauf anschließenden Programmablaufes werden die Ergebnisse wiederholter Messungen dazu verwendet, die Figur des Avatars wiederum zu modifizieren. Hierdurch kann der Benutzer bspw. erlernen, die Kraft bei einer Muskelkontraktion genau zu dosieren und hiermit Körpergröße und Muskelmasse seines Avatars gemäß den Erfordernissen des Programms zu modifizieren.
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Aus der
DE 43 27 418 C1 ist eine Biofeedbackeingabevorrichtung mit einer Signalverarbeitungsvorrichtung bekannt. Mit der Biofeedbackeingabevorrichtung lassen sich Steuersignale an ein Computerspielgerät weitergeben. Mit Biofeedbacksensoren werden dabei Signale eines Spielers in Form von Gehirnwellen gemessen. Die Signale werden dabei verarbeitet und in Form eines Ausgangssignals einer Anzeige – einem Computerspielgerät – zugeführt. Eine Steuerung für Actionspiele, d. h. Spiele bei denen die Bewegung einer Spielfigur gesteuert wird ist aus der
DE 4327418 C1 ebenfalls bekannt. Das Spiel kann gemäß dem Zustand der Gehirnwellen gespielt werden, ohne dass der Spieler die Knöpfe oder Taster, einen Joy-Pads oder Joysticks betätigen muss. Bspw. kann das Spiel als Golfspiel mit einem Golfball als bewegbares Anzeigeelement ausgestaltet sein. Das Ausgangssignal der Signalverarbeitungsvorrichtung kann dabei so erzeugt werden, dass die Richtung des Golfballs stabilisiert wird (d. h. der Ball fliegt geradeaus), wenn der Konzentrationsgrad des Spielers hoch ist (d. h. ein biologisches Signal, dass einen derartigen Zustand widerspiegelt, übertragen wird), oder dass die Richtung des Balls instabil wird (d. h. der Ball zur Seite geschlagen wird und bspw. einer Parabel folgt oder anderen bogenförmigen Bahnen), wenn der Konzentrationsgrad des Spielers gering ist (, d. h. wenn der Spieler erregt ist). Die Gehirnwellen werden hier durch Potentialänderungen ausgedrückt, die an der Oberfläche des menschlichen Gehirns gemessen werden. Die Gehirnwellen werden mit der Signalverarbeitungsvorrichtung auf Delta-, Tetha-, Alpha- und Beta-Frequenzbänder analysiert. Die Signalverarbeitungsvorrichtung weist dabei Hoch- und Tiefpassfilter auf, wobei die Extraktion der Frequenzbänder durch die Hochpass- und Tiefpassfilter erfolgt. Die Extraktion der Frequenzbänder erfolgt linear, durch „Ausschneiden” der entsprechenden Frequenzbänder. Die Frequenzbänder bilden dabei Signalmuster des Eingangssignals. Diesen Frequenzbändern wird als Ausgangssignal eine entsprechende Darstellung der Flugbahn des Golfballes zugeordnet.
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Weiterhin ist aus der
WO 01/07112 A2 ein Verfahren zur Realisierung eines Trainingsablaufes bekannt, bei dem ein Cursor in einem Computerspiel nach rechts und nach links mit Hilfe eines Biofeedbacksensors bewegt werden kann und entsprechende Schwellenwerte hierfür eingebbar sind.
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Aus der
US 6,993,709 B1 ist ein Desktop-Publishing-System bekannt. Hier wird ein elektronisches Einrasten einer Anzeigesteuerung beschrieben.
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Schliesslich ist aus der
US 2004/0267331 A1 ein Biofeedbacksystem mit mehreren EMG-Sensoren bekannt, wobei einer der EMG-Sensoren die Aktivität eines Agonisten und ein anderer die Aktivität eines Antagonisten misst und das Biofeedback durch ein Audio-Signal erzeugt wird.
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Die im Stand der Technik bekannten Verfahren und Biofeedbackeingabevorrichtungen sind noch nicht optimal ausgebildet. Die Steuerung eines Anzeigeelementes, insbesondere der Spielfigur eines Computerspiels ist mit den bekannten Biofeedbackeingabevorrichtungen unkomfortabel ausgebildet und nicht hinreichend an die Bedürfnisse eines spielenden Benutzers angepasst. Die Steuerung des Anzeigeelementes mit der Biofeedbackeingabevorrichtung kann insbesondere für einen spezifischen Benutzer individuell zu schwierig sein und ist im Stand der Technik daher noch nicht optimal ausgebildet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das zuvor genannte Verfahren und die zuvor genannte Biofeedbackeingabevorrichtung derart auszugestalten und weiterzubilden, so dass die Bewegung des Anzeigeelements komfortabler für unterschiedliche Benutzer steuerbar ist.
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Die zuvor aufgezeigte Aufgabe wird nun für das Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Die zuvor aufgezeigte Aufgabe wird nun für die Biofeedbackeingabevorrichtung durch die Merkmale des Patentanspruches 23 gelöst.
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Dem Gegenstand liegt daher zunächst das Grundprinzip zugrunde, dass das Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem erkannten Signalmuster „überschwingende Bewegung und/oder unterschwingende Bewegung” mit der Signalverarbeitungsvorrichtung verändert wird. Die Bewegung des Anzeigeelements – für den jeweiligen spezifischen Benutzer – kann dabei durch Beeinflussen des Ausgangssignals in Abhängigkeit vom erkannten Signalmuster erschwert und/oder erleichtert werden. Bspw. kann, falls in einem bestimmten definierten Bereich um das Ziel eine über- und/oder unterschwingende, (insbesondere bspw. einen definierten Ziel- bzw. Grenzwert übersteigende, aber das Ziel nicht erreichende Bewegung als „unterschwingende Bewegung”) erkannt wird, das Anzeigeelement automatisch auf das Ziel durch eine entsprechende Beeinflussung/Veränderung des Ausgangssignals gesetzt oder bewegt werden. Dazu kann die Signalverarbeitungsvorrichtung vzw. mindestens einen Filter aufweisen, wobei das Eingangssignal mit dem mindestens einen Filter zunächst gefiltert wird. Die Filter können dabei vzw. steuerbare Eingabehilfen bereitstellen. Vzw. ist jedem spezifischen Signalmuster ein Filter zugeordnet. Zusätzlich wird das Eingangssignal zum Ausgangssignal hin verstärkt. Durch die Filterung und Verstärkung wird das Eingangssignal nicht linear in das Ausgangssignal umgewandelt. Dadurch wird mit den Filtern bzw. Eingabehilfen die Bewegung des Anzeigeelements für den Benutzer erleichtert oder erschwert. Die ”Spielbarkeit” ist für den Benutzer und damit die Motivation für ein regelmäßiges Spielen bzw. Training erhöht. Weitere Signalmuster können durch eine Analyse des mindestens einen Eingangssignals gewonnen werden. Wenn mit dem Biofeedbacksensor vzw. eine Muskelspannung gemessen wird, ist bspw. ein Signalmuster ein ”unkontrolliertes Muskelzucken”, was zu einer ruckartigen Verschiebung des Anzeigeelements auf der Anzeige führen kann. Ein weiteres Beispiel für ein Signalmuster ist eine Schwankung um ein festes Ziel, wobei diese Schwankung dann eine Instabilität in der Bewegungskontrolle des Benutzers anzeigt. Eine Schwankung kann dabei durch eine Schwankungsbreite bzw. Amplitude und/oder eine Frequenz charakterisiert werden. Ein weiteres Signalmuster ist z. B. ein gleichzeitiges Aktivieren eines Agonisten und eines Antagonisten, z. B. des Armstreckers und des Armbeugers. Ein weiteres Signalmuster ist dadurch gegeben, dass im Verlauf des Trainings mit der Biofeedbacktrainingsvorrichtung die Muskelaktivität bzw. das gemessene Muskelpotential absinkt oder ansteigt. Diese erkannten Signalmuster können bei der Verstärkung des Eingangssignals in das Ausgangssignal mit der Signalverarbeitungsvorrichtung berücksichtigt werden. Die eingangs beschriebenen Nachteile sind daher vermieden und entsprechende Vorteile erzielt.
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Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Biofeedbackeingabevorrichtung in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 bzw. auf die dem Patentanspruch 23 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im folgenden wird nun eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1 in einer schematischen Darstellung eine Anzeige bei einer Kalibrierung einer Signalverarbeitungsvorrichtung,
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2 in einer schematischen Darstellung die Anzeige aus 1 bei einer weiteren Kalibrierung,
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3 in einer schematischen Darstellung ein Diagramm, wobei ein Eingangssignal über der Zeit t aufgetragen ist,
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4 in einer schematischen Darstellung ein Diagramm mit einem Signalmuster „Muskelzuckung”, wobei ein Eingangssignal über der Zeit t aufgetragen ist,
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5 in einer schematischen Darstellung ein Diagramm mit einem Signalmuster „gleichzeitige Aktivierung von zwei Muskeln”, wobei zwei Eingangssignale über der Zeit t aufgetragen sind,
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6 in einer schematischen Darstellung ein Diagramm mit einem Signalmuster „Überschwingende Bewegung”, wobei drei Eingangssignale über der Zeit t aufgetragen sind,
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7 in einer schematischen Darstellung ein Diagramm mit einem Signalmuster „Unterschwingende Bewegung”, wobei zwei Eingangssignale über der Zeit t aufgetragen sind,
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8 in einer schematischen Darstellung ein Diagramm mit einem Signalmuster ”Schwankung”, wobei ein Eingangssignal über der Zeit t aufgetragen ist,
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9 in einer schematischen Darstellung ein Diagramm mit einen Signalmuster ”irreguläre Bewegung”, wobei ein Eingangssignal über der Zeit t aufgetragen ist,
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10 in einer schematischen Darstellung eine Anzeige mit einer Spur des Anzeigelements bei einer ungefilterten ”irregulären Bewegung” auf der Anzeige,
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11 in einer schematischen Darstellung ein Diagramm mit ein Signalmuster ”Ermüdung”, wobei ein Eingangssignal über der Zeit t aufgetragen ist,
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12 in einer schematischen Darstellung eine Anzeige mit einer Spur des Anzeigelements bei mehreren ungefilterten ”überschwingenden Bewegungen” auf der Anzeige,
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13 in einer schematischen, perspektivischen Darstellung eine spurgebundenen Autorennbahn mit einer angeschlossenen Biofeedbackeingabevorrichtung, und
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14 in einer schematischen Darstellung eine Signalverarbeitungsvorrichtung.
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Der Gegenstand betrifft zunächst ein Verfahren zur Steuerung eines Anzeigeelementes 3 auf einer beispielhaft in den 1 und 2 dargestellten Anzeige 1 (auch als Anzeigevorrichtung bezeichenbar). Die stark schematisch dargestellte Anzeige 1 ist vzw. als Bildschirm ausgebildet. Die Anzeige 1 dient dabei vzw. zur Darstellung eines Computerspiels oder eines Konsolenspiels. Insbesondere wird auf der Anzeige 1 ein Anzeigeelement 3 angezeigt. Das Anzeigeelement 3 ist hier schematisch als Dreieck ausgebildet. Das Anzeigeelement 3 ist vzw. als Spielfigur (nicht dargestellt) eines Computerspiels ausgebildet. Bspw. kann das Anzeigeelement als Fisch (nicht dargestellt) ausgebildet sein, wobei der Fisch über den Bildschirm bewegbar ist bzw. bewegt wird.
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In alternativer Ausgestaltung kann die Anzeige 1 auch als ein elektrisch steuerbares Spielgerät ausgebildet sein. Das elektrisch steuerbare Spielgerät kann als vzw. spurgebundene Autorennbahn ausgebildet sein. Das Anzeigeelement 3 ist dabei als auf der Autorennbahn fahrbares Modellauto ausgebildet, wobei das Modellauto über die Autorennbahn bewegt wird. Denkbar ist auch ein anders ausgestaltetes, bewegbares Anzeigeelement, das bspw. als Modellflugzeug oder als in einem 3-Dimensionalen Raum bewegbares Objekt ausgebildet ist.
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Das Anzeigeelement 3 wird durch mindestens eine Körperfunktion eines menschlichen Körpers gesteuert. Dazu wird mit mindestens einem Biofeedbacksensor (in den 1 bis 12 nicht dargestellt) mindestens eine Körperfunktion eines menschlichen Körpers gemessen und in ein elektrisches Eingangssignal umgewandelt. Der Biofeedbacksensor ist vzw. als elektromyographischer Sensor – ein sogenannter EMG-Sensor – ausgebildet. Dabei wird mit dem EMG-Sensor ein elektrisches Potential von einem oder von mehreren Muskeln gemessen. Vzw. sind mehrere EMG-Sensoren vorgesehen. Beinahe jeder Muskel, selbst ein relativ kleiner Gesichtsmuskel kann dabei mit einem EMG-Sensor gemessen werden. Die EMG-Sensoren sind vzw. als Oberflächensensoren ausgestaltet, d. h. die EMG-Sensoren werden zur Messung an der Hautoberfläche des Benutzers angebracht, insbesondere in Form von Klebeelektroden angeklebt. Auch sind Biofeedbacksensoren denkbar, die entsprechend der Augenaktivität eines Menschen ausgelöst werden, bspw. über Infrarot-Reflektion, Laserscan, Occulographie bzw. Elektro-Occulographie.
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Jeder Bewegungsrichtung des Anzeigeelements 3 kann dabei ein Muskel und/oder eine Muskelgruppe zugeordnet sein. Einem Armbeuger kann bspw. eine Bewegung des Anzeigelements 3 nach oben und einem Armstrecker eine Bewegung des Anzeigelements 3 auf einer Bildschirm-Anzeige nach unten zugeordnet sein. Vzw. ist das Anzeigelement 3 in den Bewegungsrichtungen nach oben, nach unten, links und rechts, vzw. durch die entsprechende Zuordnung von spezifischen Muskeln zu den jeweiligen Bewegungsrichtungen bewegbar. Die jeweiligen Biofeedbacksensoren messen jeweils ein entsprechendes Eingangssignal. Falls ein Modellauto durch die Muskeln gesteuert wird, kann bspw. mit dem Armbeuger das Modellauto beschleunigt und mit dem Armstrecker das Modellauto gebremst werden.
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Die gemessenen Eingangssignale können je nach Größe und Anspannung des jeweiligen Muskels im Bereich von bspw. 0 bis 400 Mikrovolt liegen. Die Messgenauigkeit der EMG-Sensoren und der Signalverarbeitungsvorrichtung liegt vzw. in der Größenordnung Mikrovolt vzw. darunter. Die Biofeedbacksensoren messen vzw. mit einer Frequenz von etwa 100 Hertz, vzw. mehr als 100 Hertz, insbesondere etwa 1000 Hertz.
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Durch die Anwendung verschiedener Biofeedbacksensoren können unterschiedliche Körperfunktionen analysiert und angezeigt werden, die einer bewussten Wahrnehmung ohne technische Hilfsmittel normalerweise nicht oder nur eingeschränkt zugänglich sind. Beispiele für solche Körperfunktionen sind ein Hautwiderstand, eine Kreislaufaktivität, ein Magensäurespiegel, eine Hirnstromaktivität oder wie hier bspw. die Muskelaktivität. Die Biofeedbacksensoren können insbesondere zur Messung der Herzfrequenz, der Atemfrequenz, des Hautwiderstands, des Magensäurespiegels, der Hirnstromaktivität oder wie hier beschrieben der Muskelaktivität ausgestaltet sein. Biofeedbacksensoren zur Messung der Aktivität der Beckenmuskulatur liegen bspw. zur Messung einer Inkontinenz vor. Insbesondere können die Biofeedbacksensoren zur Messung von Augenbewegungen ausgestaltet sein.
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Dieses Verfahren wird vzw. mit einer Biofeedbackeingabevorrichtung (in den 1 bis 12 nicht dargestellt) ausgeführt. Die Biofeedbackeingabevorrichtung ist zur Durchführung des Verfahrens ausgestaltet. Die Biofeedbackeingabevorrichtung weist insbesondere mindestens einen Biofeedbacksensor und eine Signalverarbeitungsvorrichtung auf.
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Die Signalverarbeitungsvorrichtung kann entweder als selbständiges Gerät oder als Computer ausgebildet sein. Der Computer übernimmt dann vzw. zum einen die Aufgaben der Signalverarbeitungsvorrichtung und steuert zum einen das Anzeigeelement 3 bzw. zum anderen die Anzeige 1, hier den Bildschirm an. Die Signalverarbeitungsvorrichtung zusammen mit den Biofeedbacksensoren bildet die Biofeedbackeingabevorrichtung. Diese Biofeedbackeingabevorrichtung kann dabei die Eingabemittel Maus oder Joystick, insbesondere bei einem Computer ersetzen. D. h. das Anzeigeelement 3 kann als Cursor ausgebildet sein und der Benutzer kann bspw. den Cursor mit Hilfe seiner Körperfunktionen über den Bildschirm. d. h. auf der Anzeige 1 bewegen.
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Das Eingangssignal wird mittels der nicht dargestellten Signalverarbeitungsvorrichtung verändert und in Form des Ausgangssignals der Anzeige 1 zugeführt. Durch das Ausgangssignal wird die Bewegung des Anzeigeelementes 3 gesteuert. Das Ausgangssignal stellt dabei die Koordinateninformation des Anzeigeelementes 3 auf der Anzeige 1 dar. Die Signalverarbeitungsvorrichtung weist vzw. eine Eingangsschnittstelle, wobei die Eingangsschnittstelle mit den Biofeedbacksensoren verbunden oder verbindbar ist, und eine Ausgangsschnittstelle zur Verbindung mit der Anzeige 1, insbesondere mit dem Computer vzw. über USB od. dgl. auf.
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Biofeedback bezeichnet im Allgemeinen ein Verfahren, bei dem eine Körperfunktion einer Person über Messung mit einem Biofeedbacksensor und durch die Anzeige 1 dem Bewusstsein zugänglich gemacht wird. Über die Anzeige 1 wird daher vzw. die jeweilige spezifische Körperfunktion dem Benutzer bewusst gemacht. Hierdurch tritt eine Rückkopplung auf. Die Bewegung des Anzeigeelements 3 wird mittels der Körperfunktionen gesteuert, wozu bevorzugt die Aktivität der Muskulatur mit mehreren EMG-Sensoren gemessen wird. Diese EMG-Sensoren werden vzw. zur Ansteuerung eines als Signalverarbeitungsvorrichtung genutzten PCs genutzt.
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Mit der Signalverarbeitungsvorrichtung wird vzw. ein Computerspiel gesteuert. Die von den Biofeedbacksensoren gemessenen Eingangssignale werden der Signalverarbeitungsvorrichtung zugeführt und vzw. aufgezeichnet und einem Trainer zur Verfügung gestellt. Der Trainer kann bspw. in tabellarischer Form die Eingangssignale analysieren und daraufhin Rückschlüsse auf den Trainingszustand des Benutzers schließen. Hierbei ist auch denkbar, dass eine Analyse automatisch erfolgt und ein entsprechendes Programm die weiteren Trainingsanforderungen definiert. In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein handelsübliches Computerspiel verwendet, wobei die Joystick- und/oder Mauseingabe durch die Signalverarbeitungsvorrichtung und die Biofeedbacksensoren ersetzt wird. Das Computerspiel kann bspw. als „Jump- and Run-Spiel” ausgebildet sein. Hierbei wird das Anzeigeelement 3 durch Anspannen der Muskulatur über den Bildschirm bewegt, wodurch vzw. Hindernissen ausgewichen wird und ggf. Punkte aufgesammelt werden.
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Durch die Verbindung eines „Biofeedbacktrainings” mit Computerspielen wird die Motivation für ein kontinuierliches Training gerade bei Kindern und Jugendlichen entscheidend erhöht. Durch ein solches Training kann die Körperwahrnehmung verbessert werden und zum anderen die Muskulatur spielerisch gestärkt werden. Durch ein Biofeedbacktraining können insbesondere Muskeln von Sportlern trainiert werden. Denkbar ist aber auch, älteren Menschen mit einer schwächeren Muskelfunktion ein gezieltes Training des Muskels zu ermöglichen. Durch ein Biofeedbacktraining ist es möglich, die Muskulatur zu mobilisieren. Ferner kann durch ein Biofeedbacktraining eine muskuläre Dysbalance behoben werden. Die Verbesserung der Kontrolle von bestimmten Muskeln und somit die Verbesserung von Bewegungsabläufen ist insbesondere für Leistungssportler interessant.
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Mit der Signalverarbeitungsvorrichtung wird mindestens ein Signalmuster des Eingangssignals erkannt, wobei das Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem erkannten Signalmuster mit der Signalverarbeitungsvorrichtung vzw. nicht-linear verändert wird. Die Signalverarbeitungsvorrichtung ist derart ausgestaltet, dass mit der Signalverarbeitungsvorrichtung mindestens ein Signalmuster des Eingangssignals erkennbar ist, wobei das Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem erkannten Signalmuster mit der Signalverarbeitungsvorrichtung vzw. nicht-linear veränderbar ist.
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Das Eingangssignal wird mit der Signalverarbeitungsvorrichtung in das Ausgangssignal umgewandelt. Mit der Signalverarbeitungsvorrichtung wird auch vzw. mindestens ein Signalmuster erkannt und das Ausgangssignal wird in Abhängigkeit von dem erkannten Signalmuster mit der Signalverarbeitungsvorrichtung nicht-linear erzeugt. D. h. die Bewegungskoordinaten des Anzeigeelementes 3 können durch die Signalverarbeitungsvorrichtung korrigiert bzw. verändert werden. Dies hat den Vorteil, dass die Schwierigkeit der Steuerung der Bewegung des Anzeigeelements 3 kontrollierbar ist. Hierdurch lässt sich der Schwierigkeitsgrad der Steuerung der Bewegung einstellen, so dass vzw. Kinder, jugendliche Erwachsene, trainierte Personen, untrainierte Personen die Bewegung des Anzeigeelementes 3 komfortabel steuern können. Die Signalverarbeitungsvorrichtung verstärkt hier zum einen das meist im Mikrovoltbereich liegende Eingangssignal der EMG-Sensoren und erleichtert oder erschwert die über die Anzeige 1 erfolgte Rückkopplung hinsichtlich vzw. wiederkehrender Signalmuster bzw. den damit zusammenhängenden Körperfunktionsmustern. Die Signalverarbeitungsvorrichtung kann dabei vzw. einen Filter aufweisen, wobei das Eingangssignal mit dem mindestens einen Filter gefiltert wird. Das Signalmuster wird vzw. von der Signalverarbeitungsvorrichtung erkannt und die Bewegung des Anzeigeelementes 3 durch Beeinflussung des Ausgangssignals mit der Signalverarbeitungsvorrichtung unterstützt.
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Die hier beschriebenen Möglichkeiten zur Analyse von Signalmustern können in der Signalverarbeitungsvorrichtung entweder auf Softwareebene mit einem programmierbaren Computer oder auf Hardware-Ebene mittels einer elektrischen und/oder elektronischen Schaltung realisiert sein. Eine Lösung auf Hardware-Ebene bietet sich insbesondere dann an, wenn als Anzeige 1 ein Spielgerät, bspw. eine spurgebundene Modell-Autorennbahn, eingesetzt wird.
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Vzw. wird die Signalverarbeitungsvorrichtung zu Beginn kalibriert. In den 1 und 2 sind zwei Möglichkeiten der Kalibrierung der Signalverarbeitungsvorrichtung dargestellt.
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In 1 ist ein durch Kreuze markiertes Punkteraster 2 dargestellt. Das Anzeigeelement 3 ist hier dreieckig dargestellt, kann jedoch auch eine beliebige andere Gestalt haben. Die einzelnen markierten Positionen 4 des Punkterasters 2 sind vzw. regelmäßig angeordnet. Die Positionen 4 sind hier in Spalten und Zeilen angeordnet. Der horizontale Abstand der Positionen 4 beträgt dabei vzw. eine konstante Breite d1, der vertikale Zeilenabstand der Positionen 4 beträgt dabei einen konstanten Betrag d2. Die einzelnen Positionen 4 der Kreuze werden nun vzw. nacheinander durch eine Zielmarke 5 – hier durch einen Kreis dargestellt – markiert.
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Ein erstes Ziel für den Benutzer ist, bei der Kalibrierung vzw. das Anzeigeelement 3 konstant an einer bestimmten Position 4, die durch die Zielmarke 5 definiert ist, zu halten. Hierbei erfolgt die Kalibrierung der Signalverarbeitungsvorrichtung für das Erkennen eines Signalmusters ”Schwankung” bzw. einer Instabilität der Bewegungskontrolle. Auf das Signalmuster „Schwankung” wird weiter unten noch näher anhand der 8 eingegangen.
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Bei der Kalibrierung werden vzw. mit der Zielmarke 5 ferner mehrere Positionen 4 nacheinander markiert, wobei das Anzeigeelement 3 durch Veränderung der Körperfunktion auf die Zielmarke 5 bewegt werden soll. In 1 ist durch die Pfeile P eine zeilenweise Markierung der Positionen 4 von links nach rechts und anschließend in der nächsten Zeile wieder beginnend von links angedeutet.
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In 2 ist die Kalibrierung der Signalverarbeitungsvorrichtung durch eine Folgebewegung dargestellt. Hierzu wird die anzusteuernde Zielmarke 5 mit einer bestimmten Geschwindigkeit über die Anzeige 1 entlang der Pfeile 6 bewegt. Die Pfeile 6 werden dabei nicht mit der Anzeige 1 angezeigt, sondern dienen hier nur zur Veranschaulichung der Bewegung der Zielmarke 5 bzw. des Anzeigeelementes 3. Der Benutzer hat nun die Aufgabe, das Anzeigeelement 3 der Bewegung der Zielmarke 5 folgen zu lassen. Solche Folgebewegungen werden vzw. in Computerspielen verlangt, so dass eine Kalibrierung dieser Bewegung sinnvoll ist. Aus dieser Kalibrierung lassen sich Reaktionszeiten und gezielte Beschleunigungsfähigkeiten bzw. Signaländerungsfähigkeiten des Anzeigeelements 3 durch den Benutzer erfassen. Eine solche kontinuierliche Folgebewegung stellt auf neurologischer Ebene eine andere Anforderung als die in 1 dargestellte Ansteuerung von nacheinander markierten Positionen 4 dar. Die Zielmarke 5 kann dabei mit einer konstanten Geschwindigkeit v1 bewegt werden. Alternativ kann die Geschwindigkeit v1 bei der Bewegung der Zielmarke 5 in 2 auch variiert werden.
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Bei der Kalibrierung können daher verschiedene Parameter und damit verbundene Signalmuster aufgezeichnet werden:
Bspw. kann eine Maximalamplitude des Eingangssignals bei einer maximalen Kontraktion der Muskeln gemessen werden. Die Amplitude kann dabei bspw. in der Anzeige 1 zugeordneten Einheiten (Pixeln, Millimetern, Metern) oder dem Eingangssignal zugeordneten Einheiten (Volt, Mikrovolt oder dgl.) aufgezeichnet und/oder gespeichert werden. Die Bildschirmbegrenzung bzw. die Begrenzung der Anzeige 1 geben dabei einen Maximalwert für die Amplitude des Ausgangssignals vor. Aus dem Vergleich der Maximalamplituden wird vzw. eine Verstärkung bzw. ein Verstärkungsfaktor bestimmt, wobei die Signalverarbeitungsvorrichtung das Eingangssignal um den Verstärkungsfaktor verstärkt. Ferner kann ein Ruhetonus bzw. eine Grundspannung der Muskeln gemessen werden. Das dem Ruhetonus entsprechende Minimum des Eingangssignals wird bei der Verstärkung so berücksichtigt, dass alle Bereiche der Anzeige 1 mit dem Anzeigeelement 3 erreichbar sind. Bei einer derartigen Kalibrierung wird eine maximale Muskelkontraktion bzw. ein maximales Eingangssignal der Körperfunktion gemessen, so dass die Verstärkung des Eingangssignals so gewählt werden kann, dass die maximale Kontraktion im wesentlichen der Größenordnung des maximalen Ausschlags des Anzeigeelements 3 bzw. der maximalen Amplitude des Ausgangssignals entspricht.
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Ferner kann eine maximale Bewegungsgeschwindigkeit bei einer gezielten Bewegung, z. B. beim Abfahren des Punkterasters 2 (vgl. 1) ermittelt werden. Ferner kann die maximale Folgegeschwindigkeit des Anzeigeelements 3 bei Folgebewegungen einer bewegten Zielmarke 5 ermittelt werden (vgl. 2). Die maximale Folgegeschwindigkeit bei Folgebewegungen des Anzeigelements 3 liegt in der Regel niedriger als die maximale Bewegungsgeschwindigkeit bei gezielten Bewegungen (vgl. 1), da während der ausgeführten Folgebewegung eine ständige Rückkopplung über die Anzeige 1 bzgl. der Position der Zielmarke 5 erforderlich ist. Ferner kann die Beschleunigung des Anzeigeelements 3 bei einer gezielten Bewegung (vgl. 1) und/oder bei einer Folgebewegung (vgl. 2) erkannt werden.
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In 3 ist auf der Ordinatenachse x die Stärke des Eingangssignals 7 aufgezeichnet, wobei aus der Abszissenachse t die Zeit aufgetragen ist. Die Stärke des Eingangssignals (x) entspricht im wesentlichen der zurückgelegten Wegstrecke des Anzeigeelements 3 auf der Anzeige 1 in einer bestimmten Bewegungsrichtung. Die Bewegungsrichtung kann dabei bspw. in horizontaler Richtung oder in vertikaler Richtung gerichtet sein. Durch Ableiten des Eingangssignals 7 lässt sich die Geschwindigkeit des Anzeigeelementes 3 bestimmen und durch nochmaliges Ableiten aus der Geschwindigkeit die Beschleunigung des Anzeigeelementes 3. Alternativ kann die Geschwindigkeit und die Beschleunigung durch Differenzquotienten berechnet werden, wie dieses in 3 durch die Steigungsdreiecke 8 angedeutet ist.
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Für die Bewegungsgeschwindigkeit bei gezielten Bewegungen und/oder für die Folgegeschwindigkeit bei Folgebewegungen werden bei der Kalibrierung vzw. individuelle Wertebereiche und jeweils ein individuell vom jeweiligen Benutzer erreichbarer Maximalwert bestimmt. Für eine Bewegungsbeschleunigung bei gezielten Bewegungen und/oder eine Folgebeschleunigung werden bei der Kalibrierung vzw. individuelle Wertebereiche und jeweils ein individuell erreichbarer Maximalwert bestimmt.
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Falls das Eingangssignal 7 dabei einen Maximalwert 7a überschreitet (gestrichelt in 3 dargestellt), kann das Ausgangssignal auf einem dem Maximalwert 7a entsprechenden Wert gesetzt, also entsprechend verändert werden. Ebenso kann eine maximale Ausgangssignaländerung vorgegeben sein, so dass die Geschwindigkeit des Anzeigeelementes 3 begrenzt ist.
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Ferner kann bei der Kalibrierung ein Signalmuster „Schwankung” bei einer Halteposition ermittelt werden (vgl. 8), d. h. das Anzeigeelement 3 soll vom Benutzer über einer konstanten Zielmarke 5 über eine gewisse Zeit gehalten werden. Dabei kann vzw. eine Schwankungsbreite a und eine Frequenz f aus der Periode T bestimmt werden. Bei dem Versuch, das Anzeigeelement 3 über der Zielmarke 5 zu halten, kann es zu einer Schwankung des Anzeigeelements 3 um die feste Zielmarke 5 kommen. Die Schwankungsbreite a kann hier als charakteristischer Parameter dieses Signalmusters aufgezeichnet werden. Insbesondere kann die Schwankungsbreite in horizontaler (d. h. X-Richtung) und in vertikaler (d. h. Y-Richtung) aufgezeichnet werden. Bei diesem Signalmuster „Schwankung” sind die Maximal- bzw. Minimalwerte der Schwankungsbreite variabel und hängen stark von den jeweiligen Versuchsbedingungen ab.
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Aufgrund der bei der Kalibrierung aufgezeichneten Parameter und damit verbundenen Signalmuster kann nun die Bewegung des Anzeigeelements 3 durch die Beeinflussung des Ausgangssignals verändert, insbesondere erschwert und oder erleichtert werden. Dazu kann die Signalverarbeitungsvorrichtung Filter bereitstellen, wobei das Eingangssignal entsprechend gefiltert und/oder verstärkt wird. Die Filter können hier als Eingabehilfen ausgestaltet sein.
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Bspw. können mit der Signalverarbeitungsvorrichtung ”Zuckungen” in einer Körperfunktion bspw. also Muskelzuckungen erkannt werden: 4 zeigt eine Muskelzuckung 9 des Eingangssignals, wobei die Auslenkung der Kurve in X-Richtung hierbei die Stärke des Eingangssignals repräsentiert. Innerhalb des Zeitintervalls t1 tritt hier die Muskelzuckung 9 als kurzer, schneller Ausschlag des Eingangssignals auf. Die Muskelzuckung 9 kann vzw. dadurch erkannt werden, dass die Amplitude der Muskelzuckung 9 größer ist als die bei der Kalibrierung bestimmte individuelle Maximalamplitude, die bei einer bewusst hervorgerufenen, maximalen Muskelkontraktion erreicht wurde. Ferner können auch Muskelzuckungen erkannt werden, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit der Muskelzuckung 9 bzw. die Änderung des Eingangssignals im Zeitintervall t1 bestimmt wird und mit der maximalen Bewegungsgeschwindigkeit bei der Kalibrierung verglichen wird. Ferner kann die Muskelzuckung 9 dadurch erkannt werden, dass die Änderung der Geschwindigkeit, d. h. die Beschleunigung des Anzeigeelements 3 der Muskelzuckungskurve 9 in Zeitintervall t1 bestimmt wird und diese mit der bei der Kalibrierung maximalen Beschleunigung des Anzeigeelements 3 verglichen wird.
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In 5 ist ein weiteres Signalmuster dargestellt, das erkannt wird. Vzw. wird als weiteres Signalmuster die gleichzeitige Aktivierung eines Agonisten und eines Antagonisten, d. h. eines Muskels und seines Gegenspielers erkannt. Dazu ist vzw. sowohl ein Biofeedbacksensor für den Agonisten als auch ein weiterer, zweiter Biofeedbacksensor für den Antagonisten vorgesehen. Das Eingangssignal 10 des Agonisten und das Eingangsignal 11 des Autagonisten sind in 5 bei der Zeit t aufgetragen. Durch Anspannen des Agonisten wird das Anzeigelement 3 vzw. in eine erste Bewegungsrichtung bewegt und durch Anspannen des Antagonisten wird das Anzeigelement vzw. in eine zweite, vzw. entgegengesetzte Bewegungsrichtung bewegt. Als Filter für dieses Signalmuster „gleichzeitige Aktivierung der entgegengesetzt wirkenden Muskeln” wird entweder das Eingangssignals des ersten Biofeedbacksensors oder das Eingangssignal des zweiten Biofeedbacksensors zumindest teilweise aus dem Ausgangssignal herausgefiltert, so dass die Bewegung des Anzeigeelements 3 nicht blockiert wird. Ist ein Eingangssignal 10 des Agonisten gefordert, kann das Eingangssignal 11 des Antagonisten herausgefiltert werden.
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In der 6 und in 12 ist ein Signalmuster ”überschwingende Bewegung” dargestellt und in den 7 ist ein Signalmuster ”unterschwingende Bewegung” dargestellt.
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Bei dem Verfahren wird bei einer Bewegung des Anzeigeelements 3 auf ein Ziel Z, Z1, Z2, Z3, Z4 hin als Signalmuster eine überschwingende Bewegung O1, O2, O3 und/oder eine unterschwingende Bewegung U1, U2, U3 erkannt.
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Bei der Biofeedbackeingabevorrichtung ist die Signalverarbeitungsvorrichtung derart ausgestaltet, dass bei einer Bewegung des Anzeigeelements 3 auf ein Ziel Z, Z1, Z2, Z3, Z4 hin als Signalmuster eine überschwingende Bewegung O1, O2, O3 und/oder eine unterschwingende Bewegung U1, U2, U3 erkennbar ist.
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Diese Signalmuster treten insbesondere auch bei trainierten Benutzern auf. Die Bewegung des Anzeigeelements 3 schießt dabei über ein Ziel Z, Z1, Z2, Z3, Z4 hinaus. Dies kann unterschiedlich stark ausgeprägt sein, wie anhand der überschießenden Bewegung O1 und O2 sowie O3 dargestellt ist (vgl. 6). Diese überschwingenden Bewegungen O1 bzw. O2 werden auch als „Overshoot” bezeichnet. Nach der überschwingenden Bewegung O1, O2, O3 bzw. überschießenden Bewegung wird die Bewegung zum Ziel Z (vgl. 6) hin ”korrigiert”. Es kann auch zu einer unterschwingenden bzw. unterschießenden Bewegung U1 kommen, die – wie 6 zeigt – sich bspw. sogar an eine überschießende Bewegung O3 anschließen kann. Solche unterschwingenden Bewegungen werden auch als „Undershoot” bezeichnet. Diese überschwingenden und ggf. zusätzlich unterschwingenden Bewegungen O1, O2, O3, U1 können bspw. durch eine Extremwertanalyse, d. h. durch eine analysierende Kurvenuntersuchung des Eingangssignals erkannt werden.
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Insbesondere kann abgefragt werden, ob bei einer überschießenden Bewegung O1, O2, O3 der Zielwert Z überschritten wird und anschließend das Eingangssignal einen Hochpunkt bildet. Eine überschießende O3 mit einer anschließenden unterschwingenden Bewegung U1 ist durch einen Hochpunkt, einen folgenden Wendepunkt und einem Tiefpunkt sowie eine sich anschließende asymptotische Bewegung gegen das Ziel Z gekennzeichnet.
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Als Eingabehilfe für das Signalmuster einer überschießenden Bewegung O1, O2, O3 kann, falls das Eingangssignal den Zielwert Z übersteigt und anschließend innerhalb einer bestimmten Zeitspanne wieder abnimmt und sich damit dem Ziel Z nähert, das Anzeigeelement 3 auf das Ziel Z gesetzt oder automatisch auf das Ziel Z bewegt werden, auch wenn das Ziel Z noch nicht ganz erreicht ist. Das Ziel Z kann für das Anzeigeelement 3 bildlich gesprochen „magnetisch” werden. Es kann dabei insbesondere eine Grenze, vzw. eine Obergrenze für die überschwingende/überschießende Bewegung festgelegt werden, bei der das Anzeigeelement 3 auf das Ziel Z gesetzt wird. Bspw. könnten die überschwingenden Bewegungen O1 und O3 auf den Zielwert Z gesetzt werden, aber nicht mehr die höher überschwingende Bewegung O2 (in 6 nicht dargestellt). Die Grenzen für den Filter ”überschwingende Bewegung”, d. h. die Höhe des Überschwungs und das Zeitintervall, in dem die Bewegung umgekehrt werden muss, damit das Anzeigeelement 3 auf die Position Z gesetzt wird, können dabei in Abhängigkeit von der bei der Kalibrierung festgelegten Schwankungsbreite und/oder der Reaktionszeit erfolgen bzw. entsprechend festgelegt werden.
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In 7 sind als Signalmuster zwei rein unterschwingende Bewegungen U2, U3 zum Zielwert Z hin dargestellt. Diese unterschwingenden Bewegungen U2, U3 werden auch als „Undershoot” bezeichnet. Eine rein unterschwingende Bewegung ist im Eingangssignal dadurch erkennbar, dass sich die Geschwindigkeit der Annäherung nahe des Ziels Z deutlich verringert und gegen 0 tendiert. Als Filter bzw. Eingabehilfe kann hierbei das Anzeigelement auf die Zielmarke Z gesetzt werden, falls sich das Anzeigelement 3 innerhalb eines festgelegten Bereiches B (vgl. hierzu auch 12), bspw. in Abhängigkeit der bei der Kalibrierung ermittelten Schwankungsbreite a (vgl. 8) bewegt und die Geschwindigkeit des Anzeigelements 3 sich deutlich reduziert, vzw. einen bestimmten Grenzwert unterschreitet bzw. insbesondere vzw. gegen 0 tendiert.
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Mit dem Begriff „überschwingende Bewegung” (vgl. 6) ist also eine über das Ziel und/oder den Zielpunkt hinausschießende Bewegung bzw. ein entsprechend hierzu korrespondierender Eingangssignal-Wert gemeint. Bspw. zeigt 6 hier die überschwingende Bewegung O1, die zu einem bestimmten Zeitpunkt t über das Ziel Z „hinausschießt” (Overshoot), nämlich hier in X-Richtung und dann im Endeffekt doch auf den Wert Z automatisch gesetzt wird. Unter dem Begriff „unterschwingende Bewegung” wird eine Bewegung bzw. ein hierzu korrespondierender Eingangssignal-Wert verstanden, der vzw. zwar einen bestimmten Grenzwert übersteigt, aber das Ziel Z als solches nicht erreicht (physiologisch bedeutet dies eine zielgerichtete, aber „insuffiziente Bewegung”). Unter einer „unterschwingenden Bewegung” wird also eine das Ziel nicht ganz erreichende Bewegung bzw. ein mit dem Ziel nicht ganz korrespondierender Eingangs-Signal-Wert verstanden (Undershoot). Bei einem Undershoot nähert sich das Eingangssignal/Bewegung einem bestimmten Ziel, erreicht dieses jedoch nicht, insbesondere handelt es sich – einfach ausgedrückt – daher um eine „verkürzte” Bewegung, vzw. um eine „asymptotische” Bewegung.
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12 zeigt nun schematisch eine Spur S, die das Anzeigeelement 3 bei einer Bewegung entlang der Anzeige 1 ausführt. Auf der Anzeige 1 sind dabei verschiedene Ziele Z1, Z2, Z3, Z4 vorgegeben, die mit dem Anzeigeelement 3 erreicht werden sollen. In der Nähe der Ziele Z1, Z2, Z3, Z4 sind deutlich überschwingende Signalmuster (hier nicht näher bezeichnet) erkennbar. Erkennbar ist aber, dass das Anzeigeelement 3 nicht immer den ”direkten Weg” zum Ziel geht bzw. geführt wird, sondern es insbesondere im Bereich der Ziele Z1, Z2, Z3 und Z4 zu überschüssigen Bewegungen (teils in x- oder y-Richtung) kommt. Bei einer Filterung kann nun das Anzeigeelement 3 bspw. auf das Ziel Z3 gesetzt werden, wenn eine überschwingende Bewegung im Bereich B um die Zielmarke Z3 erkannt wird. Die Größe des Bereichs B wird dabei durch den Filter in Abhängigkeit von der insbesondere vorausgegangenen Kalibrierung, insbesondere dann der Schwankungsbreite a, vorgegeben. Denkbar ist auch, dass die Größe des Bereiches B während des Trainings einer Trainingsperson verändert wird, um die jeweilige Körperfunktion des Benutzers/der Trainingsperson „verbessern/trainieren” zu können. Die Größe des Bereichs B kann daher auch diskontinuierlich in Abhängigkeit von zuvor festgelegten Randbedingungen im Laufe des Trainings oder einer Trainingsperiode verändert werden. Dies ist abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall, insbesondere des spezifischen Programms.
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Im folgenden wird nochmals auf 8 und das dargestellte Signalmuster „Schwankung” Bezug genommen. Bei einer Schwankung schwankt das Eingangssignal 12 um einen Mittelwert M. Die Periode T bzw. die Frequenz f = 1/T der Schwankung liegt dabei typischerweise in einem Bereich von wenigen Hertz und die Amplitude a im Bereich von vzw. einigen Millimetern (an der Anzeige 1 gemessen). Als zugeordneter Filter kann bei einem bestimmten Wertebereich der Frequenz f, bspw. 3 Hertz, und einem bestimmten Wertebereich der Schwankungsbreite, bspw. Millimetern, der konstante Mittelwert M berechnet werden und nur dieser Mittelwert M als Ausgangssignal der Anzeige 1 zugeführt werden. D. h. es wird nur der konstante Mittelwert M auf der Anzeige 1 mit dem Anzeigeelement 3 angezeigt bzw. realisiert.
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9 und 10 zeigen beispielhafte irreguläre Bewegungen des Anzeigeelements 3. Vzw. wird ein Signalmuster „irreguläre Bewegung” erkannt. Dabei wird vzw. ein Zeitintervall von den Zeitpunkt T0 bis zum Zeitpunkt T1 analysiert. Das Zeitintervall T0 bis T1 kann bspw. eine Sekunde betragen. Eine irreguläre Bewegung ist dadurch erkennbar, dass eine starke Schwankung des Eingangssignals 13 um den Zielwert Z erfolgt, wobei die Häufigkeit der Schwankung um den Zielwert Z und der Ausschlag des Eingangssignals und dem Zielwert Z sowie die Geschwindigkeit und die Beschleunigung vzw. entsprechende berücksichtigt werden. Eine große Häufigkeit der Schwankungen um den Zielwert Z, ein großer Ausschlag um den Zielwert Z sowie eine große Geschwindigkeit und Beschleunigung des Anzeigeelements 3 können als Kriterien für eine irreguläre Bewegung dienen. Falls ein Signalmuster „irreguläre Bewegung” registriert wird, kann das Training abgebrochen werden oder die Filter zur Erleichterung der Eingabe erhöht werden.
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11 zeigt ein Signalmuster „Ermüdung”, nämlich eine Ermüdung einer Körperfunktion, hier insbesondere des Muskels. In 11 ist ein zeitlich gemittelter Maximalbetrag eines Eingangssignals 14 dargestellt, wobei an dem abfallenden Verlauf des Eingangssignals 14 erkennbar ist, dass die Muskulatur im zeitlichen Verlauf ermüdet. Gestrichelt ist ein Eingangssignal 15 angedeutet, wobei es hier zu einer höheren Anspannung des Muskels kommt, dies kann bspw. durch eine muskuläre Dysbalance hervorgerufen sein. Durch die Dysbalance verkrampft der dem Eingangssignal 15 zugeordnete Muskel. Vzw. wird auch eine solche Verkrampfung eines Muskels im zeitlichen Verlauf mit der Signalsverarbeitungsvorrichtung erfasst. Als Filter wird vzw. die mittlere Muskelanspannung über die Eingangssignale 14 bzw. 15 über die Verstärkung des Eingangssignals derart geregelt, dass die mittlere Muskelanspannung im wesentlichen einem in etwa konstanten, zeitlich gemittelten Eingangssignal 16 entspricht.
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Durch das Erkennen der verschiedenen Signalmuster und der zugeordneten Filter kann ein effektives Training von Körperfunktionen erreicht werden. Insbesondere können während dem Training die Filter schrittweise zurückgenommen werden, wodurch die Anforderungen an die Koordination der Körperfunktion erhöht ist. Die Signalverarbeitungsvorrichtung weist vzw. einen Trainingsalgorithmus auf. Im Rahmen des Trainingsalgorithmus können die Filter schrittweise und vzw. langsam zurückgenommen werden, so dass keine Überforderung des Benutzers erfolgt. Bspw. kann der Bereich B, innerhalb dessen bei einer überschwingenden Bewegung oder unterschwingenden Bewegung das Anzeigeelement 3 auf eine Zielmarke Z gesetzt wird, schrittweise verkleinert werden.
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Die Signalverarbeitungsvorrichtung weist vzw. mindestens einen Trainingsalgorithmus auf, wobei mindestens einer der Filter mit dem Trainingsalgorithmus vzw. automatisch eingestellt wird. Mindestens einer der Filter wird vom Trainingsalgorithmus in Abhängigkeit von den bei der Kalibrierung ermittelten dynamischen Parametern gesteuert. Mit dem Trainingsalgorithmus wird die Bewegung des Anzeigeelementes 3 während des Trainings stufenlos und/oder schrittweise durch Beeinflussen der Filter verändert, insbesondere erschwert. Der Trainingsalgorithmus steuert die Filter vzw. in Abhängigkeit von dem Trainingsablauf. Werden bspw. irreguläre Bewegungen erkannt, dann wird die Bewegung des Anzeigeelementes 3 durch die Filter erleichtert. Vzw. weist der Trainingsalgorithmus auch Abbruchbedingungen auf. Der Trainingsablauf ist vzw. aufzeichenbar bzw. wird vzw. aufgezeichnet. Hierbei ist ein automatisiertes Heimtraining möglich. Durch das Aufzeichnen des Trainingsablaufs kann der Fortschritt des Trainierenden ermittelt werden und somit vzw. die Filter entweder automatisch und/oder manuell eingestellt werden.
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Vzw. ist die Signalverarbeitungsvorrichtung derart ausgestaltet, dass ein Trainersignal dem Eingangssignal und/oder dem Ausgangssignal des Trainierenden beigemischt werden kann bzw. beimischbar ist. Die Signalverarbeitungsvorrichtung weist dazu vzw. eine Signalmischeinheit (in den 1 bis 12 nicht dargestellt) auf. Der Trainer kann dadurch die Bewegung des Anzeigeelementes 3 unterstützen. Der Grad der Beimischung kann dabei ebenfalls schrittweise mit dem Trainingsalgorithmus reduziert werden.
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13 zeigt eine Anzeige 17 (Anzeigevorrichtung), wobei die Anzeige 17 hier als spurgebundene Autorennbahn 18 ausgebildet ist.
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Die Autorennbahn 18 weist vzw. zwei Spuren 19 auf. Die Spuren 19 erstrecken sich parallel zueinander auf einer Rennstrecke 20, die die Form einer geschlossenen Acht aufweist. Vzw. weist die Rennstrecke ein Ziel 22 auf, wobei das ”Ziel 22” gleichzeitig auch als ”Start” für ein Autorennen, also als Start-Ziellinie dienen kann. Auf jeder der Spuren ist genau ein Modellauto 21 angeordnet.
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Die Modellautos 21 weisen vzw. jeweils mindestens einen Elektromotor (nicht dargestellt) auf, wobei mit dem Elektromotor die nicht näher bezeichneten Räder der Modellautos 21 antreibbar sind. Jeder Spur 19 ist ein sich entlang der Spur 19 erstreckender elektrischer Kontakt (nicht dargestellt) zugeordnet. Der Elektromotor der Modellautos 21 wird nun über den zugehörigen Kontakt mit Strom versorgt, wobei je nach der am Kontakt individuell anliegenden Spannung das Modellauto 21 individuell beschleunigbar ist.
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Die Modellautos 21 dienen hier als mittels einer Körperfunktion steuerbare Anzeigelemente 23. Die Autorennbahn 18 weist ein Anschlussterminal 24 auf. An dem Anschlussterminal 24 sind normalerweise handelsübliche Steuercontroller anschließbar, wobei diese Steuercontroller per Hand betätigbar sind. In der in 13 dargestellten Ausgestaltung ist nun anstelle der Steuercontroller an das Anschlussterminal 24 eine Biofeedbackeingabevorrichtung 25 angeschlossen. Die Biofeedbackeingabevorrichtung 25 weist eine Signalverarbeitungsvorrichtung 26 und mehrere Biofeedbacksensoren 27 auf.
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Die Signalverarbeitungsvorrichtung 26 ist über vzw. ein paar Anschlussleitungen 28 mit dem Anschlussterminal 24 verbunden. Die eine Anschlussleitung 28 ist dabei einem Ausgangssignal für das eine Modellauto 21 und die andere Anschlussleitung 28 einem Ausgangssignal für das andere Modellauto 21 zugeordnet. Die über die Anschlussleitung 28 übertragenen Ausgangssignale können bspw. im Bereich von 0 bis 18 V liegen. Dieses Ausgangssignal wird von der Signalverarbeitungsvorrichtung 26 erzeugt.
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Eine Gruppe von ersten Biofeedbacksensoren 27a ist dabei einem ersten Spieler zugeordnet und eine Gruppe von zweiten Biofeedbacksensoren 27b ist einem zweiten Spieler (beide nicht dargestellt) zugeordnet. Die Biofeedbacksensoren 27 sind vzw. als EMG-Sensoren (nicht näher bezeichnet) ausgestaltet. Mit den Biofeedbacksensoren 27 kann bspw. als Körperfunktion eine Muskelkontraktion des Armstreckers und/oder des Armbeugers als wirkender Muskel gemessen werden. Bei einer Kontraktion des Armbeugers wird das gemessene Signal über die Leitungen 29 an die Signalverarbeitungsvorrichtung 26 zugeführt. Das gemessene Signal der jeweiligen Biofeedbacksensoren 27a bzw. 27b bildet ein jeweiliges Eingangssignal für die Signalverarbeitungsvorrichtung 26.
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In der Signalverarbeitungsvorrichtung 26 wird das jeweilige Eingangssignal verändert und in Form eines jeweiligen Ausgangssignal der Anzeige 17, d. h. der Autorennbahn 18 zugeführt, hier den dortigen Anzeigeelementen 23. Mit dem Ausgangssignal ist nun die Bewegung des entweder den ersten Biofeedbacksensoren 27a bzw. den zweiten Biofeedbacksensoren 27b zugeordneten jeweiligen Modellautos 21 als jeweiliges Anzeigeelement 23 steuerbar.
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Die Signalverarbeitungsvorrichtung 26 kann dabei entsprechend der Beschreibung der 1 bis 12 mindestens ein Signalmuster des jeweiligen Eingangssignals erkennen, wobei das Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem erkannten Signalmuster mit der Signalverarbeitungsvorrichtung 26 veränderbar ist.
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Insbesondere kann die Signalverarbeitungsvorrichtung 26 derart ausgestaltet sein, dass bei einer Bewegung des Anzeigeelements 23 bzw. des jeweiligen Modellautos 21 auf das Ziel 22 hin als Signalmuster eine überschwingende und/oder unterschwingende Bewegung erkennbar ist. Die nicht dargestellten Spieler können bspw. in Wettstreit treten, um ihr Modellauto 21 möglichst schnell über die Autorennbahn zu bewegen und möglichst am Ziel 22 wieder zum Stehen zu bringen. Der Signalverarbeitungsvorrichtung 26 wird dabei vzw. über eine weitere Leitung 30 die Position der Modellautos 21 auf der Autorennbahn 18 übermittelt. Hierdurch kann eine überschwingende oder unterschwingende Bewegung der Modellautos relativ zum Ziel 22 erkannt werden. Bspw. kann, vzw. bei einer unterschwingenden Bewegung, wenn das Modellauto 21 kurz vor dem Ziel 22 innerhalb eines bestimmten Bereiches (B) zum Stehen kommt (Undershoot) das Modellauto dann auf das Ziel 22 automatisch vorwärtsbewegt werden, wobei bei einem Overshoot, also vzw. wenn das Modellauto 21 nach dem Ziel 22, also nach der Ziellinie in einem bestimmten Bereich (B) zum Stehen kommt, dann das Modellauto 21 automatisch auf das Ziel 22 zurückbewegt wird, bspw. durch Rückwärtsfahren.
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Mit der Biofeedbackeingabevorrichtung 25 und der Autorennbahn 18 können natürlich auch herkömmliche Geschwindigkeitsrennen gefahren werden, wobei es dann nicht darauf ankommt, das Anzeigeelement 23 bzw. das Modellauto 21 im Ziel 22 zum Stehen zu bringen. Bei der Anwendung der Biofeedbackeingabevorrichtung 25 bei einer Autorennbahn 18 können insbesondere aber ”Muskelzuckungen” eines Benutzers eliminiert werden, d. h. das Modellauto 21 kann auch bei Muskelzuckungen des Benutzers mit einer konstanten Geschwindigkeit betrieben werden, da die Biofeedbackeingabevorrichtung 25 bzw. die Signalverarbeitungsvorrichtung 26 diese ”Muskelzuckung” gemäß dem oben beschriebenen Verfahren herausfiltern kann und die Ausgangssignale für die jeweiligen Modelautos 21 entsprechend verändern kann.
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Aus der über die Leitung 30 übermittelten Positionen der Modellautos 21 in Abhängigkeit von der Zeit lässt sich wie oben beschrieben auch die Geschwindigkeit/Beschleunigung etc. ermitteln.
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14 zeigt in stark vereinfachter schematischer Darstellung die Signalverarbeitungsvorrichtung 26. Die Signalverarbeitungsvorrichtung 26 weist vzw. mindestens eine Eingangsschnittstelle 31 auf. Dargestellt sind zwei Eingangsschnittstellen 31. Die Eingangsschnittstellen 31 sind mit den Biofeedbacksensoren 27 (vgl. 13) bzw. den entsprechenden Leitungen 29 verbindbar. Die Signalverarbeitungsvorrichtung 26 weist ferner eine Recheneinheit 32 (Prozessoreinheit) und eine Speichereinheit 33 auf. In der Speichereinheit 33 können Daten und Programme gespeichert sein. Die Recheneinheit 32 (vzw. ein Mikroprozessor) verarbeitet dabei die Programme und wertet die Daten aus. Insbesondere kann mit der Recheneinheit 32 die Position der Anzeigeelemente 23 bzgl. eines Abstands zum Ziel 22, einer Geschwindigkeit, einer Beschleunigung und daraus folgend einer überschwingenden und/oder unterschwingenden Bewegung der Anzeigeelemente 23 relativ zum Ziel 22 analysiert werden. Hierbei kann die Signalverarbeitungsvorrichtung 26 als separate Einheit ausgebildet sein, die insbesondere auch mit einem weiteren Computer verbindbar sowie rückkoppelbar ist, aber auch die Ausbildung als Teil eines Computers und/oder PC's ist denkbar.
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Ferner weist die Signalverarbeitungsvorrichtung 26 eine Verstärkereinheit 34 auf, wobei mit der Verstärkereinheit 34 das der Eingangsschnittstelle 31 und vzw. anschließend mit der Recheneinheit 32 sowie der Speichereinheit 33 bearbeitete Signal verstärkt wird. Alternativ kann das Eingangssignal erst mit der Verstärkereinheit 34 verstärkt werden und anschließend mit der Recheneinheit 32 sowie der Spielereinheit 33 bearbeitet werden. Ferner ist vzw. mindestens ein Analogdigitalwandler, zum Umwandeln der Eingangssignale in Digitalsignal und mindestens ein Digitalanalogwandler zum Umwandeln des verarbeiteten Digitalsignals in ein Analogsignal vorgesehen (nicht dargestellt).
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Die Signalverarbeitungsvorrichtung 26 weist ferner mindestens eine Ausgangsschnittstelle 35 auf, wobei die Ausgangsschnittstelle 35 vzw. mit den zwei Anschlussleitungen 28 (vgl. 13) verbindbar ist und damit die zwischen vzw. 0 und 18 V liegenden Ausgangssignale der Autorennbahn 18 bzw. dem Anschlussterminal 24 zuführen kann.
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Mit einer entsprechend ausgebildeten und nach dem oben beschriebenen Verfahren arbeitenden Signalvorrichtung 26 können daher die Körperfunktionen von Benutzern, insbesondere Muskelbewegungen optimal individuell trainiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anzeige
- 2
- Punkteraster
- 3
- Anzeigeelement
- 4
- Position
- 5
- Zielmarke
- 6
- Pfeil
- 7
- Eingangssignal
- 7a
- Maximalwert
- 8
- Steigungsdreieck
- 9
- Muskelzuckungskurve
- 10
- Eingangssignal
- 11
- Eingangssignal
- 12
- Eingangssignal
- 13
- Eingangssignal
- 14
- Eingangssignal
- 15
- Eingangssignal
- 16
- Eingangssignal
- 17
- Anzeige
- 18
- Autorennbahn
- 19
- Spur
- 20
- Rennstrecke
- 21
- Modellauto
- 22
- Ziel
- 23
- Anzeigeelement
- 24
- Anschlussterminal
- 25
- Biofeedbackeingabevorrichtung
- 26
- Signalverarbeitungsvorrichtung
- 27
- Biofeedbacksensoren
- 27a
- erste Biofeedbacksensoren
- 27b
- zweite Biofeedbacksensoren
- 28
- Anschlussleitung
- 29
- Leitung
- 30
- Leitung
- 31
- Eingangsschnittstelle
- 32
- Recheneinheit
- 33
- Speichereinheit
- 34
- Verstärkereinheit
- 35
- Ausgangsschnittstelle
- a
- Amplitude
- B
- Bereich
- M
- Mittelwert
- S
- Spur
- t1
- Zeitintervall
- T0
- Zeitpunkt
- T1
- Zeitpunkt
- T
- Periode
- O1
- überschwingende Bewegung
- O2
- überschwingende Bewegung
- O3
- überschwingende Bewegung
- U1
- unterschwingende Bewegung
- U2
- unterschwingende Bewegung
- U3
- unterschwingende Bewegung
- Z
- Ziel
- Z1
- Ziel
- Z2
- Ziel
- Z3
- Ziel
- Z4
- Ziel
