DE102019217447A1 - Device and method for processing and evaluating signals from brain activity - Google Patents
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Abstract
Computerimplementiertes Verfahren (100) zum Verarbeiten und Auswerten von Signalen (S1) einer Gehirnaktivität eines Nutzers eines technischen Systems, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Empfangen (130) von magnetischen Signalen (S1) einer Gehirnaktivität des Nutzers; Bestimmen (140) wenigstens einer Größe (P1), die eine Emotion des Nutzers des technischen Systems repräsentiert, in Abhängigkeit der magnetischen Signalen (S1).Computer-implemented method (100) for processing and evaluating signals (S1) of a brain activity of a user of a technical system, the method comprising the following steps: receiving (130) magnetic signals (S1) of a brain activity of the user; Determining (140) at least one variable (P1) which represents an emotion of the user of the technical system as a function of the magnetic signals (S1).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Offenbarung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zum Verarbeiten und Auswerten von Signalen einer Gehirnaktivität eines Nutzers eines technischen Systems.The disclosure relates to a computer-implemented method for processing and evaluating signals of a brain activity of a user of a technical system.
Ferner betrifft die Offenbarung eine Vorrichtung zum Verarbeiten und Auswerten von Signalen einer Gehirnaktivität eines Nutzers eines technischen Systems.The disclosure also relates to a device for processing and evaluating signals of brain activity of a user of a technical system.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zum Verbinden von Mensch und Maschine ein sogenanntes Brain-Computer-Interface (BCI), auch Brain-Machine-Interface (BMI), beziehungsweise deutsch Gehirn-Computer-Schnittstelle, zu verwenden. Dabei handelt es sich um eine spezielle Mensch-Maschine-Schnittstelle, die ohne Aktivierung des peripheren Nervensystems, wie z. B. die Nutzung der Extremitäten, eine Verbindung zwischen dem Gehirn und der Maschine, beispielsweise einem Computer, ermöglicht. Dazu werden, beispielsweise mittels Elektroenzephalographie (EEG) - Sensoren, elektrische Signale einer Aktivität des Gehirns aufgezeichnet, mit Hilfe von Rechnern analysiert und in Betriebsgröße, insbesondere Ansteuersignale, zum Ansteuern der Maschine umgewandelt.From the prior art it is known to use a so-called brain-computer interface (BCI), also brain-machine interface (BMI), or brain-computer interface in German to connect man and machine. This is a special human-machine interface that can be used without activating the peripheral nervous system, e.g. B. the use of the extremities, a connection between the brain and the machine, such as a computer, enables. For this purpose, electrical signals of an activity of the brain are recorded, for example by means of electroencephalography (EEG) sensors, analyzed with the help of computers and converted into operating parameters, in particular control signals, for controlling the machine.
Ein Brain-Computer-Interface basiert auf der Beobachtung, dass schon die Vorstellung eines Verhaltens, im Weiteren wird darauf unter der Bezeichnung Intention Bezug genommen, anhand von elektrischen Signalen messbare Veränderungen der Gehirnaktivität auslöst. Beispielsweise führt die Vorstellung, eine Hand oder einen Fuß zu bewegen, zu neuronalen Aktivitäten im Gehirn, insbesondere im Cortex, der äußeren Schicht des Großhirns. In einem Trainingsprozess lernt das Brain-Computer-Interface, welche Veränderungen der Gehirnaktivität mit welchen Intentionen korrelieren. Diese Information kann dann in Steuersignale für diverse Anwendungen umgewandelt werden.A brain-computer interface is based on the observation that the very idea of a behavior, referred to below as intention, triggers measurable changes in brain activity based on electrical signals. For example, the idea of moving a hand or foot leads to neural activity in the brain, particularly in the cortex, the outer layer of the cerebrum. In a training process, the brain-computer interface learns which changes in brain activity correlate with which intentions. This information can then be converted into control signals for various applications.
Ein Brain-Computer-Interface kann beispielsweise in einem Fahrzeug bei einem Fahrsystem verwendet werden. Anhand von Veränderungen der Gehirnaktivität des Nutzers kann bereits in etwa bis zu einer halben Sekunde im vor Durchführen der eigentlichen Aktion durch den Nutzer erkannt werden, dass der Nutzer eine Fahraktion durchführen möchte, beispielsweise abbiegen oder bremsen. Ausgehend von diesen Informationen kann das Fahrsystem den Nutzer des Fahrzeugs beim teilautomatisierten Fahren unterstützen.A brain-computer interface can for example be used in a vehicle in a driving system. On the basis of changes in the user's brain activity, it can be recognized in about up to half a second before the actual action is carried out by the user that the user would like to perform a driving action, for example turning or braking. Based on this information, the driving system can support the user of the vehicle with partially automated driving.
Beim bevorstehenden hochautomatisierten Fahren (HAD) bzw. vollautomatisierten Fahren werden direkte Interaktionen des Nutzers mit dem Fahrzeug, insbesondere zum Lenken, Bremsen des Fahrzeugs, seltener. Damit einhergehend werden auch Intentionen, die Vorstellungen eines Verhaltens bzw. einer Aktivität weniger und die davon ausgelösten messbaren Veränderungen der elektrischen Hirnaktivität nehmen ab.With the upcoming highly automated driving (HAD) or fully automated driving, direct interactions of the user with the vehicle, in particular for steering and braking the vehicle, will be rarer. As a result, intentions, ideas of behavior or activity decrease and the measurable changes in electrical brain activity triggered by them decrease.
Die Offenbarung stellt ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung bereit.The disclosure provides an improved method and apparatus over the prior art.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein computerimplementiertes Verfahren zum Verarbeiten und Auswerten von Signalen einer Gehirnaktivität eines Nutzers eines technischen Systems, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Empfangen von magnetischen Signalen einer Gehirnaktivität des Nutzers; Bestimmen wenigstens einer ersten Größe, die eine Emotion des Nutzers des technischen Systems repräsentiert, in Abhängigkeit der magnetischen Signalen.Preferred embodiments relate to a computer-implemented method for processing and evaluating signals of a brain activity of a user of a technical system, the method comprising the following steps: receiving magnetic signals of a brain activity of the user; Determining at least one first variable that represents an emotion of the user of the technical system as a function of the magnetic signals.
Neurale Aktivitäten im Zusammenhang mit Emotionen werden in einer tieferen Region des Gehirns, im limbischen System, insbesondere im Thalamus und Amygdala ausgelöst. Das limbische System liegt in etwa in einem Abstand von 6 cm von der Schädeldecke entfernt. Die neuronalen Aktivitäten des limbischen Systems sind daher mit Sensoren zum Erfassen von elektrischen Signalen der Gehirnaktivität, insbesondere EEG - Sensoren, gar nicht oder nur schwer erfassbar. Die neuronalen Aktivitäten aus dem limbischen System sind jedoch als magnetische Signale, insbesondere mittels Magnetoenzephalographie (MEG) - Sensoren, erfassbar.Neural activities related to emotions are triggered in a deeper region of the brain, in the limbic system, particularly in the thalamus and amygdala. The limbic system is approximately 6 cm from the top of the skull. The neural activities of the limbic system can therefore not be detected at all or only with difficulty using sensors for detecting electrical signals of brain activity, in particular EEG sensors. The neural activities from the limbic system can, however, be recorded as magnetic signals, in particular by means of magnetoencephalography (MEG) sensors.
Basierend auf den magnetischen neuronalen Aktivitäten kann dann eine Größe, die eine Emotion, insbesondere einen mentalen Zustand und/oder das Wohlbefinden des Nutzers, repräsentiert, bestimmt werden. Diese Information kann dann in Ansteuersignale für diverse Anwendungen umgewandelt werden.Based on the magnetic neural activities, a variable that represents an emotion, in particular a mental state and / or the well-being of the user, can then be determined. This information can then be converted into control signals for various applications.
Beispielsweise kann das Verfahren in einem Fahrsystem, insbesondere zum hochautomatisierten Fahren, verwendet werden. Wenn sich der Nutzer in einer gegebenen Fahrsituation beispielsweise ängstigt, könnte das Fahrsystem basierend auf dieser Information das Fahren anpassen, beispielsweise verlangsamen oder gegebenenfalls Informationen ausgeben, dass keine Gefahr zu erwarten ist.For example, the method can be used in a driving system, in particular for highly automated driving. If the user is afraid in a given driving situation, for example, the driving system could adapt the driving based on this information, for example slow it down or, if necessary, output information that no danger is to be expected.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren das Empfangen von elektrischen Signalen einer Gehirnaktivität des Nutzers.According to a further preferred embodiment, the method comprises receiving electrical signals of a brain activity of the user.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren das Bestimmen wenigstens einer zweiten Größe, die eine Intention des Nutzers des technischen Systems repräsentiert, in Abhängigkeit der elektrischen Signale.According to a further preferred embodiment, the method comprises determining at least one second variable, which represents an intention of the user of the technical system, as a function of the electrical signals.
Neuronale Aktivitäten im Zusammenhang mit Intentionen werden im Cortex ausgelöst. Diese Aktivitäten können daher mit geeigneten Sensoren, insbesondere Elektroenzephalographie (EEG) - Sensoren erfasst werden.Neural activities related to intentions are triggered in the cortex. These activities can therefore be recorded with suitable sensors, in particular electroencephalography (EEG) sensors.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren: Bestimmen einer ersten Teilmenge der magnetischen Signale, die einer Gehirnaktivität eines ersten Bereichs des Gehirns des Nutzers zugeordnet ist. Die empfangenen magnetischen Signale von Gehirnaktivitäten des Nutzers umfassen Signale von Gehirnaktivitäten aus verschiedenen Bereichen des Gehirns. Beispielsweise umfassen die empfangenen magnetischen Signale sowohl Signale von Gehirnaktivitäten im limbischen System als auch Signale von Gehirnaktivitäten im Cortex. Um die empfangenen Signale nun differenziert auswerten zu können, wird aus den empfangenen Signalen eine erste Teilmenge bestimmt, die beispielsweise Gehirnaktivitäten im Cortex zugeordnet werden können.According to a further preferred embodiment, the method comprises: determining a first subset of the magnetic signals that is assigned to a brain activity of a first area of the brain of the user. The received magnetic signals of brain activity of the user include signals of brain activity from different areas of the brain. For example, the received magnetic signals include both signals of brain activity in the limbic system and signals of brain activity in the cortex. In order to be able to evaluate the received signals in a differentiated manner, a first subset is determined from the received signals, which, for example, can be assigned to brain activities in the cortex.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Bestimmen der ersten Teilmenge der magnetischen Signale das Berechnen der ersten Teilmenge der magnetischen Signale in Abhängigkeit der elektrischen Signale. Unter Ausnutzung der physikalischen Zusammenhänge von elektrischen und magnetischen Felder untereinander sowie mit elektrischen Ladungen und elektrischem Strom unter gegebenen Randbedingungen, können magnetischen Signale basierend auf elektrischen Signalen berechnet werden. Diese Zusammenhänge werden durch die Maxwell Gleichungen für Elektromagnetismus beschrieben. Beim Neuroelektromagnetismus liegen die Frequenzen normalerweise unter 100 Hz, und die zeitlichen Ableitungen des elektrischen und magnetischen Felds sind typischerweise viel kleiner als die ohmschen Ströme, so dass die folgende quasistatische Form der Maxwell-Gleichungen angewendet werden kann:According to a further preferred embodiment, determining the first subset of the magnetic signals includes calculating the first subset of the magnetic signals as a function of the electrical signals. Using the physical relationships between electrical and magnetic fields as well as with electrical charges and electrical current under given boundary conditions, magnetic signals can be calculated based on electrical signals. These relationships are described by the Maxwell equations for electromagnetism. In neuroelectromagnetism, the frequencies are usually below 100 Hz, and the time derivatives of the electric and magnetic fields are typically much smaller than the ohmic currents, so the following quasi-static form of Maxwell's equations can be applied:
Für die Beziehung zwischen der Divergenz des elektrischen Feldes
Da in der Elektrostatik für die Rotation des elektrischen Feldes
Da für die Divergenz des magnetischen Feldes gilt:
Für den Zusammenhang zwischen der Rotation des magnetischen Feldes und der Stromdichte gilt
Für die Divergenz der elektrischen Stromdichte gilt:
Die Stromdichte
Der primäre Stromfluss
Daraus folgend ergeben sich aus den vorstehend genannten quasistatischen Maxwell Gleichungen nun die folgenden Gleichungen:
Aus dem primären Stromfluss
Analog kann auf Basis des primären Stromfluss
Wie im Vorhergehenden gezeigt, korrelieren die magnetische Signale und die elektrischen Signale, beschrieben über die Maxwell Gleichungen für Elektromagnetismus, miteinander, sodass die Kenntnis der elektrischen Signale, die einer Gehirnaktivität des ersten Bereichs des Gehirns des Nutzers zugeordnet werden, genutzt werden kann, um die erste Teilmenge der magnetischen Signale der Gehirnaktivität für diesen Bereich des Gehirns zu bestimmen. Anhand der gemessenen elektrischen Signale der Gehirnaktivität des Cortex können also die magnetischen Signale der Gehirnaktivität des Cortex berechnet werden.As shown above, the magnetic signals and the electrical signals, described via the Maxwell equations for electromagnetism, correlate with one another, so that knowledge of the electrical signals associated with a brain activity in the first area of the user's brain can be used to determine the First determine subset of the magnetic signals of brain activity for that area of the brain. Using the measured electrical signals of the brain activity of the cortex, the magnetic signals of the brain activity of the cortex can be calculated.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter: Bestimmen einer zweiten Teilmenge der magnetischen Signale, die einer Gehirnaktivität in einem zweiten Bereich des Gehirns des Nutzers zugeordnet werden. Die zweite Teilmenge der magnetischen Signale lässt sich beispielsweise aus der Differenz der gesamten Menge der empfangenen magnetischen Signale abzüglich der ersten Teilmenge, insbesondere der berechneten ersten Teilmenge, der magnetischen Signale bestimmen. Die zweite Teilmenge der magnetischen Signale, die einer Gehirnaktivität des limbischen Systems des Gehirns des Nutzers zugeordnet werden, kann also aus der gesamten Menge der magnetischen Signale abzüglich der berechneten ersten Teilmenge, die einer Gehirnaktivität des Cortex zugeordnet wird, bestimmt werden.According to a further preferred embodiment, the method further comprises: determining a second subset of the magnetic signals that are assigned to a brain activity in a second area of the user's brain. The second subset of the magnetic signals can be determined, for example, from the difference between the total amount of the received magnetic signals minus the first subset, in particular the calculated first subset, of the magnetic signals. The second subset of the magnetic signals, which are assigned to a brain activity of the limbic system of the brain of the user, can therefore be determined from the total amount of magnetic signals minus the calculated first subset, which is assigned to a brain activity of the cortex.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Bestimmen der ersten Größe in Abhängigkeit der zweiten Teilmenge der magnetischen Signale, die einer Gehirnaktivität des zweiten Bereichs des Gehirns des Nutzers zugeordnet werden. Die erste Größe, die eine Emotion des Nutzers repräsentiert, wird dann basierend auf der zweiten Teilmenge der magnetischen Signale, die einer Gehirnaktivität des zweiten Bereichs, also des limbischen Systems, des Gehirns des Nutzers zugeordnet werden, bestimmt.According to a further preferred embodiment, the first variable is determined as a function of the second subset of the magnetic signals that are assigned to a brain activity in the second area of the user's brain. The first variable, which represents an emotion of the user, is then determined based on the second subset of the magnetic signals that are assigned to a brain activity of the second area, that is to say of the limbic system, of the user's brain.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Bestimmen der zweiten Größe in Abhängigkeit der elektrischen Signale der Gehirnaktivität und in Abhängigkeit der ersten Teilmenge der magnetischen Signale. Die zweite Größe repräsentiert die Intention des Nutzers des technischen Systems. Diese wurde bisher in Abhängigkeit der elektrischen Signale von Gehirnaktivitäten im Cortex berechnet. Basierend auf den elektrischen Signalen, kann wie vorstehend erläutert, die ersten Teilmenge der magnetischen Signale berechnet werden. Vorteilhafterweise werden diese Signale dann auch dazu verwendet, um die zweite Größe, die die Intention des Nutzer repräsentiert, zu bestimmen.According to a further preferred embodiment, the second variable is determined as a function of the electrical signals of the brain activity and as a function of the first subset of the magnetic signals. The second variable represents the intention of the user of the technical system. Until now, this was calculated as a function of the electrical signals of brain activity in the cortex. As explained above, the first subset of the magnetic signals can be calculated based on the electrical signals. These signals are then advantageously also used to determine the second variable, which represents the intention of the user.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Bestimmen der ersten Größe, die eine Emotion des Nutzers des technischen Systems repräsentiert, das Vorhersagen der ersten Größe mittels eines ersten neuronalen Netzes. Das erste neuronale Netz erhält als Eingangsdaten die zweite Teilmenge der magnetischen Signale. Es wird also die zweite Teilmenge der magnetischen Signale verwendet, die einer Gehirnaktivität im limbischen System zugeordnet sind, um eine Emotion des Nutzers vorherzusagen, die mit neuronalen Aktivitäten im limbischen System zusammenhängt.According to a further preferred embodiment, determining the first variable, which represents an emotion of the user of the technical system, includes predicting the first variable by means of a first neural network. The first neural network receives the second subset of the magnetic signals as input data. The second subset of the magnetic signals that are assigned to a brain activity in the limbic system is used to predict an emotion of the user that is related to neural activities in the limbic system.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen umfassen ein Verfahren zum Trainieren des ersten neuronalen Netzes. Das erste neuronale Netz wird beispielsweise mit einem geeigneten Trainingsdatensatz umfassend eine zweite Teilmenge von magnetischen Signale und bekannte, damit korrelierende erste Größen, die eine Emotion des Nutzers repräsentieren, trainiert.Further preferred embodiments include a method for training the first neural network. The first neural network is trained, for example, with a suitable training data set comprising a second subset of magnetic signals and known, correlating first quantities that represent an emotion of the user.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Bestimmen der zweiten Größe, die eine Intention des Nutzers des technischen Systems repräsentiert, das Vorhersagen der zweiten Größe mittels eines zweiten neuronalen Netzes. Das zweite neuronale Netz erhält als Eingangsdaten die elektrischen Signale und/oder die erste Teilmenge der magnetischen Signale. Vorteilhafterweise wird eine Kombination aus gemessenen elektrischen Signalen und der berechneten ersten Teilmenge der magnetischen Signale verwendet, um eine Intention des Nutzers vorherzusagen, die mit neuronalen Aktivitäten im Cortex zusammenhängt.According to a further preferred embodiment, determining the second variable, which represents an intention of the user of the technical system, includes predicting the second variable by means of a second neural network. The second neural network receives the electrical signals and / or the first subset of the magnetic signals as input data. A combination of measured electrical signals and the calculated first subset of the magnetic signals is advantageously used in order to predict an intention of the user that is related to neural activities in the cortex.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen umfassen ein Verfahren zum Trainieren des zweiten neuronalen Netzes. Das zweite neuronale Netz wird beispielsweise mit einem geeigneten Trainingsdatensatz umfassend elektrische Signale und/oder eine erste Teilmenge von magnetischen Signalen und bekannte, damit korrelierende zweite Größen, die eine Intention des Nutzers repräsentieren, trainiert.Further preferred embodiments include a method for training the second neural network. The second neural network is trained, for example, with a suitable training data set comprising electrical signals and / or a first subset of magnetic signals and known, correlating second variables that represent an intention of the user.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Bestimmen der ersten Teilmenge der magnetischen Signale das Vorhersagen der ersten Teilmenge der magnetischen Signale mittels eines dritten neuronalen Netzes. According to a further preferred embodiment, the determination of the first subset of the magnetic signals includes predicting the first subset of the magnetic signals by means of a third neural network.
Das dritte neuronale Netz erhält als Eingangsdaten die elektrischen Signale zur Vorhersage der ersten Teilmenge der magnetischen Signale.The third neural network receives the electrical signals for predicting the first subset of the magnetic signals as input data.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen umfassen ein Verfahren zum Trainieren des dritten neuronalen Netzes. Das neuronale Netz wird beispielsweise mit einem geeigneten Trainingsdatensatz umfassend eine elektrische Signale und eine bekannte, damit korrelierende erste Teilmenge an magnetischen Signalen, trainiert.Further preferred embodiments include a method for training the third neural network. The neural network is trained, for example, with a suitable training data set comprising an electrical signal and a known, correlating first subset of magnetic signals.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Vorrichtung zum Verarbeiten und Auswerten von Signalen einer Gehirnaktivität eines Nutzers eines technischen Systems, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, das Verfahren gemäß den Ausführungsformen auszuführen.Further preferred embodiments relate to a device for processing and evaluating signals of a brain activity of a user of a technical system, the device being designed to carry out the method according to the embodiments.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Gehirn-Maschinen-Schnittstelle, BMI, engl. Brain-Machine-Interface, mit wenigstens einer Recheneinrichtung und wenigstens einer Speichereinrichtung.According to a further preferred embodiment, the device comprises a brain-machine interface, BMI. Brain-machine interface, with at least one computing device and at least one memory device.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ein erstes neuronales Netz zum Vorhersagen der ersten Größe und/oder ein zweites neuronales Netz zum Vorhersagen der zweiten Größe und/oder ein drittes neuronales Netz zum Vorhersagen der ersten Teilmenge der magnetischen Signale.According to a further preferred embodiment, the device comprises a first neural network for predicting the first variable and / or a second neural network for predicting the second variable and / or a third neural network for predicting the first subset of the magnetic signals.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Sensoreinrichtung zum Erfassen der elektrischen Signale der Gehirnaktivität, insbesondere eine Elektroenzephalographie (EEG)-Sensoreinrichtung und/oder eine Sensoreinrichtung zum Erfassen der magnetischen Signale der Gehirnaktivität, insbesondere eine Magnetoenzephalographie (MEG)-Sensoreinrichtung. Die EEG-Sensoreinrichtung ist dazu geeignet, insbesondere über EEG-Elektroden, elektrische Signale von Gehirnaktivitäten des Cortex detektieren zu können. Die MEG-Sensoreinrichtung ist dazu geeignet, insbesondere über MEG-Sensoren/Elektroden magnetische Signale von Gehirnaktivitäten, insbesondere im tiefliegenden limbischen System, detektieren zu können.According to a further preferred embodiment, the device comprises a sensor device for capturing the electrical signals of the brain activity, in particular an electroencephalography (EEG) sensor device and / or a sensor device for capturing the magnetic signals of the brain activity, in particular a magnetoencephalography (MEG) sensor device. The EEG sensor device is suitable for being able to detect electrical signals from brain activities of the cortex, in particular via EEG electrodes. The MEG sensor device is suitable for being able to detect magnetic signals from brain activities, in particular in the deep limbic system, in particular via MEG sensors / electrodes.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Computerprogramm, wobei das Computerprogramm computerlesbare Instruktionen umfasst, bei deren Ausführung durch einen Computer ein Verfahren gemäß den Ausführungsformen ausgeführt wird.Further preferred embodiments relate to a computer program, the computer program comprising computer-readable instructions which, when executed by a computer, execute a method according to the embodiments.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogrammprodukt ein computerlesbares Speichermedium umfasst, auf dem das Computerprogramm gemäß den Ausführungsformen gespeichert ist.Further preferred embodiments relate to a computer program product, the computer program product comprising a computer-readable storage medium on which the computer program according to the embodiments is stored.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Verwendung eines Verfahrens gemäß den Ausführungsformen und/oder einer Vorrichtung gemäß den Ausführungsformen und/oder eines Computerprogramms gemäß den Ausführungsformen und/oder eines Computerprogrammprodukts gemäß den Ausführungsformen zum Verarbeiten und Auswerten von Signalen einer Gehirnaktivität eines Nutzers eines technischen Systems zum Bestimmen von Betriebsgrößen zum Ansteuern eines Aktuators eines technischen Systems, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zum zumindest teilweise autonomen Fahren, basierend auf elektrischen und magnetischen Signalen einer Gehirnaktivität eines Nutzers des technischen Systems, oder eines Computers oder eines Smartphones oder eines Roboters, basierend auf elektrischen und/oder magnetischen Signalen einer Gehirnaktivität eines Nutzers des technischen Systems, insbesondere des Kraftfahrzeugs oder des Computers oder des Smartphones oder des Roboters..Further preferred embodiments relate to a use of a method according to the embodiments and / or a device according to the embodiments and / or a computer program according to the embodiments and / or a computer program product according to the embodiments for processing and evaluating signals of a brain activity of a user of a technical system for determining operating variables for controlling an actuator of a technical system, in particular a motor vehicle, in particular for at least partially autonomous driving, based on electrical and magnetic signals of a brain activity of a user of the technical system, or a computer or a smartphone or a robot, based on electrical and / or magnetic signals of a brain activity of a user of the technical system, in particular the motor vehicle or the computer or the smartphone or the robot ..
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Offenbarung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Offenbarung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.Further features, possible applications and advantages of the disclosure emerge from the following description of exemplary embodiments of the invention, which are shown in the figures of the drawing. All of the features described or shown form the subject matter of the disclosure by themselves or in any combination, regardless of how they are summarized in the claims or their reference and regardless of their wording or representation in the description or in the drawing.
In der Zeichnung zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Verarbeiten und Auswerten von Signalen einer Gehirnaktivität eines Nutzers eines technischen Systems gemäß einer Ausführungsform; -
2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Verarbeiten und Auswerten von Signalen einer Gehirnaktivität eines Nutzers eines technischen Systems gemäß einer Ausführungsform; -
3 eine weitere schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Verarbeiten und Auswerten von Signalen einer Gehirnaktivität eines Nutzers eines technischen Systems gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
4 eine schematische Darstellung eines ersten neuronalen Netzes zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß2 oder3 ; -
5 eine schematische Darstellung eines zweiten neuronalen Netzes zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß2 oder3 , und -
6 eine schematische Darstellung eines dritten neuronalen Netzes zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß2 oder3 .
-
1 a schematic representation of a method for processing and evaluating Signals of a brain activity of a user of a technical system according to one embodiment; -
2 a schematic representation of a device for processing and evaluating signals of a brain activity of a user of a technical system according to one embodiment; -
3rd a further schematic representation of a device for processing and evaluating signals of a brain activity of a user of a technical system according to a further embodiment; -
4th a schematic representation of a first neural network for use in a device according to FIG2 or3rd ; -
5 a schematic representation of a second neural network for use in a device according to2 or3rd , and -
6th a schematic representation of a third neural network for use in a device according to FIG2 or3rd .
Das Verfahren
Das Verfahren
Das Verfahren
In einem Schritt
Neurale Aktivitäten im Zusammenhang mit Emotionen werden in einer tieferen Region des Gehirns, im limbischen System, insbesondere im Thalamus und Amygdala ausgelöst. Das limbische System liegt in etwa in einem Abstand von 6 cm von der Schädeldecke entfernt. Die neuronalen Aktivitäten des limbischen Systems sind daher mit Sensoren zum Erfassen der elektrischen Signale der Gehirnaktivität, insbesondere EEG - Sensoren, gar nicht oder nur schwer erfassbar. Die neuronalen Aktivitäten des limbischen Systems sind jedoch als magnetische Signale, erfassbar.Neural activities related to emotions are triggered in a deeper region of the brain, in the limbic system, particularly in the thalamus and amygdala. The limbic system is approximately 6 cm from the top of the skull. The neural activities of the limbic system can therefore not be detected at all or only with difficulty with sensors for detecting the electrical signals of the brain activity, in particular EEG sensors. However, the neural activities of the limbic system can be recorded as magnetic signals.
In einem Schritt
Gemäß der dargestellten Ausführungsform werden in einem Schritt
In einem Schritt
Die empfangenen magnetischen Signale von Gehirnaktivitäten des Nutzers umfassen Signale von Gehirnaktivitäten aus verschiedenen Bereichen des Gehirns. Beispielsweise umfassen die empfangenen magnetischen Signale sowohl Signale von Gehirnaktivitäten im limbischen System als auch Signale von Gehirnaktivitäten im Cortex. Um die empfangenen Signale nun differenziert auswerten zu können, wird wie im Folgenden beschrieben, aus den empfangenen Signalen eine erste Teilmenge bestimmt wird, die beispielsweise Gehirnaktivitäten des Cortex zugeordnet ist, und weiter eine zweite Teilmenge bestimmt, die beispielsweise Gehirnaktivitäten des limbischen Systems zugeordnet ist.The received magnetic signals of brain activity of the user include signals of brain activity from different areas of the brain. For example, the received magnetic signals include both signals of brain activity in the limbic system and signals of brain activity in the cortex. In order to be able to evaluate the received signals in a differentiated manner, as described below, a first subset is determined from the received signals, which is assigned to brain activities of the cortex, for example, and a second subset is determined, which is assigned to brain activities of the limbic system, for example.
In einem Schritt
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt
Diese Zusammenhänge werden durch die Maxwell Gleichungen für Elektromagnetismus beschrieben. Beim Neuroelektromagnetismus liegen die Frequenzen normalerweise unter 100 Hz, und die zeitlichen Ableitungen des elektrischen und magnetischen Felds sind typischerweise viel kleiner als die ohmschen Ströme, so dass die Folgenden beschriebene quasistatische Form der Maxwell-Gleichungen angewendet werden kann.These relationships are explained by the Maxwell equations for electromagnetism described. In neuroelectromagnetism, the frequencies are usually below 100 Hz, and the time derivatives of the electric and magnetic fields are typically much smaller than the ohmic currents, so the quasi-static form of Maxwell's equations described below can be used.
Für die Beziehung zwischen der Divergenz des elektrischen Feldes
Da in der Elektrostatik für die Rotation des elektrischen Feldes
Da für die Divergenz des magnetischen Feldes gilt:
Für den Zusammenhang zwischen der Rotation des magnetischen Feldes und der Stromdichte gilt
Für die Divergenz der elektrischen Stromdichte gilt:
Die Stromdichte
Der primäre Stromfluss
Daraus folgend ergeben sich aus den vorstehend genannten quasistatischen Maxwell Gleichungen nun die folgenden Gleichungen, wobei diese anhand der gemessenen elektrischen und/oder magnetischen Signale und bekannter Parameter gelöst werden können:
Aus dem primären Stromfluss
Analog kann auf Basis des primären Stromflusses
Wie im Vorhergehenden gezeigt, korrelieren die magnetische Signale und die elektrischen Signale, beschrieben über die Maxwell Gleichungen für Elektromagnetismus, miteinander, sodass die Kenntnis der elektrischen Signale, die einer Gehirnaktivität des ersten Bereichs des Gehirns des Nutzers zugeordnet werden, genutzt werden kann, um die erste Teilmenge der magnetischen Signale der Gehirnaktivität für diesen Bereich des Gehirns zu bestimmen. Anhand der gemessenen elektrischen Signale der Gehirnaktivität des Cortex können also die magnetischen Signale der Gehirnaktivität des Cortex berechnet werden.As shown above, the magnetic signals and the electrical signals, described via the Maxwell equations for electromagnetism, correlate with one another, so that knowledge of the electrical signals associated with a brain activity in the first area of the user's brain can be used to determine the First determine subset of the magnetic signals of brain activity for that area of the brain. Based on the measured electrical signals of the brain activity of the cortex, the magnetic signals of the brain activity of the cortex are calculated.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter: Bestimmen
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Bestimmen
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Bestimmen
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Bestimmen
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Bestimmen
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Bestimmen
Gemäß der dargestellten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung
Beispielsweise kann das erste Computerprogramm
Weiter umfasst die Vorrichtung einen Eingang
Die Signale
Gemäß der dargestellten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung wenigstens einen Ausgang
Die Vorrichtung
Die Vorrichtung
Weiter ist ein
Gemäß der dargestellten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung
Im Allgemeinen besteht ein neuronales Netzwerk
Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn es sich bei den neuronalen Netzen
Die EEG-Detektionseinheit
Das dritte neuronale Netz
Das dritte neuronale Netz ist trainiert, um aus den elektrischen Signalen
Weitere bevorzugte Ausführungsformen umfassen ein Verfahren zum Trainieren des dritten neuronalen Netzes
Der Ausgang des dritten neuronalen Netzes
Ein Ausgang des Funktionsblocks
Das erste neuronale Netz
Weitere bevorzugte Ausführungsformen umfassen ein Verfahren zum Trainieren des ersten neuronalen Netzes
Weiter umfasst die Vorrichtung
Gemäß der dargestellten Ausführungsform wird also eine Kombination aus gemessenen elektrischen Signalen
Weitere bevorzugte Ausführungsformen umfassen ein Verfahren zum Trainieren des zweiten neuronalen Netzes
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Computerprogramm
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogrammprodukt ein computerlesbares Speichermedium umfasst, auf dem das Computerprogramm gemäß den Ausführungsformen gespeichert ist.Further preferred embodiments relate to a computer program product, the computer program product comprising a computer-readable storage medium on which the computer program according to the embodiments is stored.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Verwendung eines Verfahrens
Claims (18)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019217447.7A DE102019217447A1 (en) | 2019-11-12 | 2019-11-12 | Device and method for processing and evaluating signals from brain activity |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102019217447.7A DE102019217447A1 (en) | 2019-11-12 | 2019-11-12 | Device and method for processing and evaluating signals from brain activity |
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Publication Number | Publication Date |
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DE102019217447A1 true DE102019217447A1 (en) | 2021-05-12 |
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ID=75584219
Family Applications (1)
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DE (1) | DE102019217447A1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10312519A1 (en) * | 2003-03-20 | 2004-10-28 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for triggering occupant-assisted measures in a vehicle |
DE102009024866A1 (en) * | 2009-06-09 | 2010-12-16 | Abb Research Ltd. | Method and device for monitoring the brain activity of a human |
DE102014105463A1 (en) * | 2013-04-16 | 2014-10-16 | Achim Hornecker | Method for determining the emotional level of excitement of a person |
DE102016112276A1 (en) * | 2016-07-05 | 2018-01-11 | Sick Ag | Safety device and method for securing human-machine cooperation |
-
2019
- 2019-11-12 DE DE102019217447.7A patent/DE102019217447A1/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10312519A1 (en) * | 2003-03-20 | 2004-10-28 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for triggering occupant-assisted measures in a vehicle |
DE102009024866A1 (en) * | 2009-06-09 | 2010-12-16 | Abb Research Ltd. | Method and device for monitoring the brain activity of a human |
DE102014105463A1 (en) * | 2013-04-16 | 2014-10-16 | Achim Hornecker | Method for determining the emotional level of excitement of a person |
DE102016112276A1 (en) * | 2016-07-05 | 2018-01-11 | Sick Ag | Safety device and method for securing human-machine cooperation |
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