DE102021131479A1

DE102021131479A1 - Technical device and method for trouble-free, reproducible generation and acquisition as well as for integrated analysis and archiving of multisensory EEG data in synesthesia

Info

Publication number: DE102021131479A1
Application number: DE102021131479.8A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2023-06-01
Also published as: WO2023100053A1

Abstract

Das Gerät sollte an nahezu jedem Ort einsetzbar, mit geringen Kenntnissen bedienbar, sterilisierbar, ressourcenschonend und kostengünstig sein. Ein Aufsatz für den Kopf einer Person, die Materialien des Aufsatzes sind abschirmend (F) gegen von außen einwirkende elektromagnetische Störfelder, der Aufsatz gekoppelt mit einer ersten Steuereinheit (T). Die erste Steuereinheit (T) ist an ein Stellorgan (A1) gekoppelt oder steuert dieses an, welches aus zumindest einer unter Druck stehenden Kartusche (K1) einen Duftstoff als Stimulus in einer Strömung pulsweise freizugeben in der Lage ist (LDZ1). Der Duftstoff ist geeignet, ein chemosensorisch ereigniskorreliertes Potenzial zu erzeugen, indem er eine spezifisch olfaktorische oder trigeminale Reizung auslöst. Von Bedeutung ist ein steiler Anstieg der Reizflanke. Innerhalb von 20 msec sind mindestens 66 % der Reizkonzentration zu erreichen. Die Reizdauer beträgt bspw. 200 msec, und die Reizung wird wiederholt, mindestens 8-10 mal, präsentiert. Die erste Steuereinheit (T) hat einen Mikroprozessor, der die Ansteuerung eines solchen Stimulus hinsichtlich Startzeitpunkt, Reizflanke, Reizkonzentration und Reizdauer nach vorgegebener Taktung wiederholt vornimmt. Der Aufsatz ist gekoppelt mit einer ersten Steuereinheit (T) und mit Elektroden (E1bis E4) zur Aufnahme von Hirnströmen oder Hirnpotenzialen, welche Elektroden zu der ersten Steuereinheit (T) führen. Die erste Steuereinheit (T) hat einen Mikroprozessor, der Signale aus den oder von den Elektroden (E1bis E4) über einen AD-Wandler zeitbezogen aufzuzeichnen vermag. Die Signale der Elektroden (E1bis E4) haben einen Pegel von EEG-Signalen, um eine Gruppe von chemosensorisch verursachten Potenzialen oder zumindest deren chemosensorisch beeinflussten zeitlichen Abschnitte zeitbezogen aufzuzeichnen. Für die Ableitung des EEG ist eine Frequenz von 250 Hz verwendet. Durch Summation der abgeleiteten reizsynchronen EEG-Abschnitte werden positive und negative Schwankungen addiert, während sich die zufällig ablaufende EEG-Spontanaktivität herausmittelt. Die ereigniskorrelierten Potenziale werden so vom Hintergrundrauschen getrennt. Praktische und wirtschaftliche Anwendungen findet Synästhesie in Disziplinen, wie Architektur, Design, Kunst, Medieninformatik, Medizin, Psychologie, Soziologie oder Wirtschaft.The device should be usable at almost any location, be operable with little knowledge, sterilizable, resource-saving and cost-effective. An attachment for a person's head, the materials of the attachment are shielding (F) against electromagnetic interference fields acting from outside, the attachment is coupled to a first control unit (T). The first control unit (T) is coupled to an actuator (A1) or controls it, which is capable of releasing a fragrance as a stimulus in a flow in pulses from at least one pressurized cartridge (K1) (LDZ1). The fragrance is able to generate a chemosensory event-related potential by triggering a specific olfactory or trigeminal irritation. A steep rise in the stimulus flank is important. At least 66% of the stimulus concentration can be reached within 20 msec. The stimulus duration is, for example, 200 msec and the stimulus is presented repeatedly, at least 8-10 times. The first control unit (T) has a microprocessor which repeatedly triggers such a stimulus with regard to start time, stimulus edge, stimulus concentration and stimulus duration according to predetermined clocking. The attachment is coupled to a first control unit (T) and to electrodes (E1 to E4) for recording brain currents or brain potentials, which electrodes lead to the first control unit (T). The first control unit (T) has a microprocessor which is able to record signals from or from the electrodes (E1 to E4) in relation to time via an AD converter. The signals from the electrodes (E1 to E4) have a level of EEG signals in order to record a group of chemosensory-induced potentials or at least their chemosensory-influenced temporal sections in relation to time. A frequency of 250 Hz is used to derive the EEG. By summing the derived stimulus-synchronous EEG sections, positive and negative fluctuations are added, while the random EEG spontaneous activity is averaged out. The event-related potentials are thus separated from the background noise. Synaesthesia finds practical and economic applications in disciplines such as architecture, design, art, media informatics, medicine, psychology, sociology or economics.

Description

Die Erfindung befasst sich mit einem Gerät, das eine optimale Versuchsumgebung darstellt, um reproduzierbare Daten mittels Stimulierungen der Wahrnehmungssinne zu erzeugen und zu erfassen, und mit einem Verfahren, das den Workflow aufeinanderfolgender Schritte steuert und die resultierenden Daten analysiert. Damit können insbesondere auch „Wechselwirkungen“ zwischen verschiedenen Sinnes-Stimuli erkannt werden.The invention is concerned with an apparatus that provides an optimal experimental environment for generating and acquiring reproducible data using perceptual stimuli and a method that controls the workflow of successive steps and analyzes the resulting data. In particular, “interactions” between different sensory stimuli can also be recognized in this way.

Gerät und Verfahren sind hier als eng verknüpfte Teile eines Gesamtsystems zu verstehen. Durch den speziellen Aufbau des technischen Gerätes werden Umgebungsbedingungen geschaffen, welche Voraussetzung für eine erfolgreiche Durchführung von synästhetischen Manipulationen sind, die entsprechende Ergebnisdaten liefern. Diese entstehen aus den Reaktionen der Anwender auf die vom Verfahren vorgegebenen Schritte. Die vom Gerät erfassten Daten werden durch das Verfahren analysiert, weiterverarbeitet und archiviert.Device and method are to be understood here as closely linked parts of an overall system. Due to the special structure of the technical device, environmental conditions are created which are prerequisites for successfully carrying out synesthetic manipulations that deliver the corresponding result data. These arise from the reactions of the users to the steps specified by the procedure. The data recorded by the device is analyzed, processed and archived by the procedure.

Die Elektroenzephalographie (EEG) registriert als Messmethode die Differenzen der vom Gehirn ausgehenden elektrischen Feldpotenziale, genaugenommen der Potentialschwankungen der dendritischen Synapsen von besonders oberflächennah gelegenen Neuronenverbänden (exzitatorische und inhibitorische Potenziale). Es ist eine für den Anwender schmerzlose und unschädliche Maßnahme, die beliebig oft wiederholt werden kann. Die EEG spielt im Gesamtsystem der Erfindung eine bedeutende Rolle.Electroencephalography (EEG) is a measuring method that registers the differences in the electrical field potentials emanating from the brain, more precisely the potential fluctuations of the dendritic synapses of neuron clusters that are particularly close to the surface (excitatory and inhibitory potentials). It is a painless and harmless measure for the user, which can be repeated as often as desired. The EEG plays an important role in the overall system of the invention.

Synästhesie bezeichnet hauptsächlich die Kopplung zweier oder mehrerer physisch getrennter Modalitäten der Wahrnehmung. Sie kommt durch die Verflechtung von Sinnesmodalitäten zustande. Ein Sinnesreiz von einer Sinnesmodalität löst eine zusätzliche Wahrnehmung in mindestens einer anderen Sinnesmodalität oder Submodalität eines Sinnes aus. Das bedeutet, dass beispielsweise Töne über die Haut „streichen“, Geschmacksempfindungen verschiedene „Formen“ bekommen oder Bewegungen von einem „Klang“ begleitet werden. Weitere Beispiele betreffen etwa die Verbindung Farbe und Temperatur („warmes Grün“), Ton, Musik und Räumlichkeit.Synesthesia mainly refers to the coupling of two or more physically separate modalities of perception. It comes about through the intertwining of sensory modalities. A sensory stimulus from one sensory modality elicits an additional perception in at least one other sensory modality or submodality of a sensory. This means, for example, that tones “sweep” over the skin, taste sensations take on different “shapes” or movements are accompanied by a “sound”. Other examples relate to the combination of color and temperature (“warm green”), sound, music and spatiality.

Im engeren Sinne ist Synästhesie die Wahrnehmung von Sinnesreizen durch miterregte Verarbeitungszentren eines Sinnesorgans im Gehirn, wenn ein anderes Organ gereizt wird. Dazu beispielhaft einige Phänomene, die durchaus auch positive Auswirkungen zeigen, insbesondere mit Verbindungen mit dem Geruchssinn: „Düfte helfen beim Lernen und Erinnern“, d.h. der Geruchssinn unterstützt das Lernen im Schlaf. Der Geruchssinn hilft auch beim Abrufen von Erinnerungen. Manche können Farben riechen und Musik sehen ...". „Mozart kann grün klingen, Bach bspw. rot.“ Dies alles sind keine medizinischen Anwendungen. Also keine chirurgischen oder therapeutischen Behandlung(en) des menschlichen oder tierischen Körpers und auch keine Diagnostizierverfahren, die am menschlichen oder tierischen Körper vorgenommen werden. Es ist eine Wahrnehmung von Sinnesreizen, die Kreuz- und Parallelwahrnehmungen sind, von einem zu einem anderen Sinnesorgan, zwischen denen viele Schulmediziner glauben oder meinen, dass keine Kopplung bestehe. Dazu oben die Beispiele, man nimmt nicht an, dass Farben mit dem Geruchssinn erfahren werden (abgesehen von den enthaltenen chemischen Lösungsmitteln, die hier nicht gemeint sind und bei Druckfarben oder digitalen Farben an Sichtschirmen auch nicht entstehen).In a narrower sense, synaesthesia is the perception of sensory stimuli by the processing centers of a sensory organ in the brain that are also stimulated when another organ is stimulated. For example, some phenomena that also show positive effects, especially in connection with the sense of smell: "Scents help with learning and remembering", i.e. the sense of smell supports learning during sleep. The sense of smell also helps in recalling memories. Some can smell colors and see music...". "Mozart can sound green, Bach, for example, red." None of these are medical applications. So no surgical or therapeutic treatment(s) of the human or animal body and no diagnostic methods, made on the human or animal body. It is a perception of sensory stimuli, which are cross and parallel perceptions, from one sense organ to another, between which many orthodox physicians believe or think that there is no coupling. The examples above, one takes does not state that colors are experienced with the sense of smell (apart from the contained chemical solvents, which are not meant here and do not occur with printing inks or digital colors on screens).

Diese Querverbindungen und Überschneidungen besser verstehen und nutzen zu können, ist daher einerseits von großem wissenschaftlichem, anderseits aber auch von großem praktischem und wirtschaftlichem Interesse - bspw. im Bereich des Marketings, beim Gestalten von Multimedia oder von „Erlebniswelten“, etc.Being able to better understand and use these cross-connections and overlaps is therefore of great scientific interest on the one hand, but also of great practical and economic interest on the other - e.g. in the field of marketing, when designing multimedia or "worlds of experience", etc.

Praktische und wirtschaftliche Anwendungen findet Synästhesie in Disziplinen, wie Architektur, Design, Kunst, Medieninformatik, Medizin, Psychologie, Soziologie, oder in der Wirtschaft.Synaesthesia finds practical and economic applications in disciplines such as architecture, design, art, media informatics, medicine, psychology, sociology, or in business.

Wünschenswert wären daher ein einfach handhabbares Gerät und ein Verfahren, das Verarbeitungsprozesse der Synästhesie, und insbesondere die gegenseitige Beeinflussung verschiedener Sinneswahrnehmungen, erkennt und unterstützt. Das Gerät sollte an nahezu jedem Ort einsetzbar, mit geringen Kenntnissen bedienbar, sterilisierbar, ressourcenschonend, kostengünstig etc. sein.It would therefore be desirable to have an easy-to-use device and a method that recognizes and supports the processing of synaesthesia, and in particular the mutual influence of different sensory perceptions. The device should be usable at almost any location, be operable with little knowledge, be sterilizable, conserve resources, be inexpensive, etc.

Das Gerät übt - erfindungsgemäß - auf den Anwender eine Serie exakt definierter (optischer, akustischer, olfaktorischer, ...) Stimuli aus. Diese bewirken zeitliche Reaktionsverläufe in gewissen, i. A. mehreren, Gehirnregionen. Es entstehen Kaskaden von Potenzialen, die sich überlagern und an die Kopfoberfläche propagieren. Die daraus resultierenden Summenpotenziale produzieren an i. A. mehreren Elektrodenpositionen EEG-Signale, die das Gerät erfasst, analysiert und bei Bedarf auch archiviert.According to the invention, the device applies a series of precisely defined (optical, acoustic, olfactory, etc.) stimuli to the user. These cause temporal reaction courses in certain, i. A. Several, brain regions. Cascades of potentials arise, which overlap and propagate to the surface of the head. The resulting sum potentials produce an i. A. Several electrode positions EEG signals that the device records, analyzes and, if necessary, also archives.

Anforderungen sind nachfolgend skizziert: Das technische Gerät mit integrierter Prozesssteuerung, hier kurz als „Helm“ bezeichnet, ermöglicht folgendes ...The requirements are outlined below: The technical device with integrated process control, referred to here as a "helmet", enables the following ...

die einfache, autarke Erzeugung reproduzierbarer (optischer, akustischer, olfaktorischer, ...) Stimuli, da alle Verfahrensschritte per Helm an beliebigem Ort erfolgen können, gesteuert durch die (im Chip / Smartphone des Helmes) integrierte CPU;the simple, self-sufficient generation of reproducible (optical, acoustic, olfactory, ...) Sti muli, since all process steps can be carried out at any location using a helmet, controlled by the CPU integrated (in the chip / smartphone of the helmet);

oben genannte Stimuli-Erzeugungen zu beliebigen Zeitpunkten (im Millisekunden-Bereich) und in beliebig skalierbarer Dauer und Intensität (hinsichtlich Startzeitpunkt, Reizflanke, Reizkonzentration und Reizdauer) und vorgegebenen Taktungen;above-mentioned stimuli generation at any point in time (in the millisecond range) and in any scalable duration and intensity (in terms of start time, stimulus flank, stimulus concentration and stimulus duration) and specified clocking;

Kombinationen oben genannter Stimuli-Erzeugungen beliebiger Komplexität, da jedes optische, akustische, olfaktorische (und unter Verwendung eines Hand-Sensor-Sticks auch haptische) Szenario im Helm kombiniert werden kann;Combinations of the above-mentioned stimuli generation of any complexity, since every optical, acoustic, olfactory (and using a hand sensor stick also haptic) scenario can be combined in the helmet;

die störungsfreie Erzeugung oben genannter Stimuli, die ebenfalls störungsfrei resultierende Entstehung und die ebenfalls störungsfrei erfolgende Erfassung resultierender EEG-Signale, da alle Verfahrensschritte durch den Helm gegen unerwünschte, von außen einwirkende (optische, akustische, ...) Einflüsse isoliert und gegen von außen einwirkende elektromagnetische Störungen abgeschirmt ausgeführt werden können;the interference-free generation of the above-mentioned stimuli, the likewise interference-free resulting generation and the likewise interference-free acquisition of the resulting EEG signals, since all process steps are isolated by the helmet against undesired, external (optical, acoustic, ...) influences and against external influences electromagnetic interference can be shielded;

die Erfassung resultierender EEG-Signale an jedem Aufenthaltsort, zu beliebigen Zeitpunkten, mit stets gleichem „Setting“, da jeder Anwender sich frei bewegen und prinzipiell seinen eigenen Helm verwenden kann;the acquisition of the resulting EEG signals at any location, at any time, with the same "setting" since each user can move freely and, in principle, use his or her own helmet;

die einfache Erkennung von EEG-Veränderungen bei wiederholten Anwendungen, durch Verwendung desselben Helmes mit gleichen Einstellungen, was Normierungen erleichtert bzw. erübrigt;the simple detection of EEG changes in repeated applications by using the same helmet with the same settings, which makes standardization easier or unnecessary;

die Erzeugung, Erfassung, Analyse und Archivierung personenbezogener, geschützter Daten, da diese (bei Bedarf) nur autark, d. h. „Helm-intern“, verwaltet werden;the generation, collection, analysis and archiving of personal, protected data, since these (if necessary) only autarchically, d. H. "helmet-internal", managed;

die komplette Durchführung synästhetischer Sitzungen und vollständiger Neuro-Feedback-Kreisläufe, da Input-, Output- und Feedback-Schritte im gleichen (Helm-) System erfolgen.the complete implementation of synesthetic sessions and complete neuro-feedback circuits, since input, output and feedback steps take place in the same (helmet) system.

Anspruch 1, 21 oder 23 oder auch 24 lösen das Problem. Die abhängigen Ansprüche geben unverbindliche, indes vorteilhafte Optionen an.Claim 1, 21 or 23 or 24 solve the problem. The dependent claims give non-binding but advantageous options.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass Variationen in den Stimuli zur Potentialgenerierung (bspw. unterschiedliche Muster oder Lichtstärken in optischen Reizen, unterschiedliche Tonfolgen oder Lautstärken in akustischen Reizen) veränderte „Reiz-Antworten“ in den beobachteten EEG-Signalen bewirken.The invention makes use of the knowledge that variations in the stimuli for potential generation (e.g. different patterns or light intensities in optical stimuli, different tone sequences or volumes in acoustic stimuli) cause changed "stimulus responses" in the observed EEG signals.

Aber auch unterschiedliche Wachheitsgrade ändern das typische Erscheinungsbild eines EEG, erkennbar in den veränderten Grundfrequenzmustern. Daneben können Muskelaktivität oder erhöhte Schweißbildung ebenfalls Artefakte und Überleitungsstörungen auslösen.But different degrees of wakefulness also change the typical appearance of an EEG, recognizable in the changed basic frequency patterns. In addition, muscle activity or increased sweating can also trigger artefacts and conduction disorders.

Nicht zuletzt bewirken auch elektromagnetische Störfelder, verursacht durch elektrische Geräte wie bspw. Smartphones, unerwünschte Artefakte in den EEG-Antworten.Last but not least, electromagnetic interference fields caused by electrical devices such as smartphones also cause unwanted artefacts in the EEG responses.

Zunächst wird nun primär auf das Arbeiten mit olfaktorischen Stimuli Bezug genommen:First of all, reference is now primarily made to working with olfactory stimuli:

Vorgeschlagen wird ein Aufsatz für den Kopf einer Person, der Aufsatz ist gekoppelt mit einer ersten Steuereinheit. Außerdem sind an dem Aufsatz Elektroden vorgesehen, zur Aufnahme von Hirnströmen oder Hirnpotenzialen. Die EEG-Elektroden führen zu der ersten Steuereinheit. Die erste Steuereinheit weist einen Mikroprozessor auf, der Signale aus den Elektroden oder von den Elektroden über einen AD-Wandler zeitbezogen aufzuzeichnen vermag. Die erste Steuereinheit ist an ein Stellorgan gekoppelt oder steuert dieses an, welches aus zumindest einer unter Druck stehenden Kartusche einen Duftstoff als Stimulus in einer Strömung pulsweise freizugeben in der Lage ist. Die Signale an den Elektroden besitzen einen Pegel von EEG-Signalen, um eine Gruppe von chemosensorisch verursachten Potenzialen oder zumindest deren chemosensorisch beeinflussten zeitlichen Abschnitte zeitbezogen aufzuzeichnen und auszuwerten. Mit anderen Worten sind die Elektroden solche, die beim Abgreifen von EEG-Signalen verwendet werden, was ihre Form und Struktur umschreibt.An attachment for a person's head is proposed, the attachment being coupled to a first control unit. In addition, electrodes are provided on the attachment for recording brain currents or brain potentials. The EEG electrodes lead to the first control unit. The first control unit has a microprocessor which is able to record signals from the electrodes or from the electrodes in a time-related manner via an AD converter. The first control unit is coupled to an actuator or controls it, which is capable of releasing a fragrance as a stimulus in a flow in pulses from at least one pressurized cartridge. The signals at the electrodes have a level of EEG signals in order to record and evaluate a group of potentials caused by chemosensory or at least their chemosensory-influenced temporal sections in relation to time. In other words, the electrodes are those used in picking up EEG signals, which describes their shape and structure.

Um darüber hinaus auch mit optischen und akustischen Stimuli arbeiten zu können, kann der Aufsatz über weitere Komponenten verfügen:In order to be able to work with optical and acoustic stimuli, the attachment can have additional components:

Alternativ ist ein Aufsatz gekoppelt mit einer Steuereinheit, einer virtuellen Brille und einem Kopfhörer. Der Aufsatz besitzt Elektroden zur Aufnahme von Hirnströmen oder Hirnpotenzialen, welche Elektroden (über eine leitende Kopplung) zu der ersten Steuereinheit führen. Die erste Steuereinheit weist einen Mikroprozessor auf, der Signale aus den Elektroden oder von den Elektroden über einen AD-Wandler zeitbezogen aufzuzeichnen vermag. Die erste Steuereinheit ist an ein Stellorgan gekoppelt, welches aus einer unter Druck stehenden ersten Kartusche einen angefeuchteten Luftstrom freigibt und getrennt davon in den Luftstrom einen gepulsten Duftstoff als Stimulus einzuspeisen in der Lage ist.Alternatively, an attachment is coupled with a control unit, virtual glasses and headphones. The attachment has electrodes for recording brain currents or brain potentials, which electrodes (via a conductive coupling) lead to the first control unit. The first control unit has a microprocessor which is able to record signals from the electrodes or from the electrodes in a time-related manner via an AD converter. The first control unit is coupled to an actuator which releases a moistened air flow from a pressurized first cartridge and, separately from this, is able to feed a pulsed fragrance into the air flow as a stimulus.

Die Signale der Elektroden haben einen Pegel von EEG-Signalen, oder andersherum, die Elektroden sind angepasst solche Signale aufzunehmen, um eine Gruppe von chemosensorisch verursachten Potenzialen oder zumindest deren chemosensorisch beeinflussten zeitlichen Abschnitte zeitbezogen aufzuzeichnen. Bevorzugt nicht am menschlichen Kopf können sie ausgewertet werden. Das kann offline sein. Da es indes keine chirurgische oder therapeutische Behandlung ist, und auch kein Diagnostizierverfahren, könnte es am Menschen gemessen werden.The signals from the electrodes have a level of EEG signals, or vice versa, the electrodes are adapted to pick up such signals ment to record a group of chemosensory-induced potentials or at least their chemosensory-influenced temporal sections in a time-related manner. They can preferably not be evaluated on the human head. This can be offline. However, since it is not a surgical or therapeutic treatment, nor is it a diagnostic method, it could be measured in humans.

Für die am häufigsten verwendete Methode der EEG-Ableitung wird eine unipolare Referenzableitung mit in 10/20-Verteilung auf der Kopfhaut platzierten Oberflächenklebeelektroden genutzt.For the most commonly used method of EEG derivation, a unipolar reference derivation with surface adhesive electrodes placed on the scalp in a 10/20 distribution is used.

Ein Abstand benachbarter Elektrodenpunkte beträgt jeweils 10 % oder 20 % der Gesamtlänge einer von Nasion zu Inion und zwischen beiden präaurikulären Punkten gedachten Linie (vgl. 4). Damit sind die jeweiligen Punktabstände von der individuellen Kopflänge abhängig.A distance between adjacent electrode points is 10% or 20% of the total length of an imaginary line from nasion to inion and between the two preauricular points (cf. 4 ). The respective dot spacing is therefore dependent on the individual head length.

Die Positionen auf der Kopfoberfläche liefern die entsprechenden Bezeichnungen der Elektroden; frontopolar (Fp), frontal (F), temporal (T), zentral (C), parietal (P) und okzipital (O).The positions on the head surface provide the corresponding designations of the electrodes; frontopolar (Fp), frontal (F), temporal (T), central (C), parietal (P) and occipital (O).

Die entsprechenden Ohrläppchen-Elektroden (A1 und A2) dienen als Referenzpunkte der Ableitung - zwei Erdungselektroden, beidseitig am Mastoid angebracht - zur Vermeidung von Störbrummen.The corresponding earlobe electrodes (A1 and A2) serve as reference points for the derivation - two grounding electrodes attached to both sides of the mastoid - to avoid hum noise.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass zur Erzeugung chemosensorischer Potenziale die Wahl des auslösenden Agens/Reizes von entscheidender Wichtigkeit ist. Sie erlaubt eine Differenzierung und Interpretierbarkeit des erhaltenen Signals. Für ein olfaktorisches Potenzial wird ein rein gezielt das olfaktorische System stimulierender Stoff wie z.B. Vanillin, H₂S oder PEA verwendet. Das trigeminale System kann spezifisch mit Menthol oder CO₂ erregt werden.The invention makes use of the knowledge that the choice of the triggering agent/stimulus is of crucial importance for generating chemosensory potentials. It allows the received signal to be differentiated and interpreted. For an olfactory potential, a substance that stimulates the olfactory system in a purely targeted manner, such as vanillin, H ₂ S or PEA, is used. The trigeminal system can be specifically stimulated with menthol or CO ₂ .

Zur standardisierbaren Generierung chemosensorischer Reize kann ein Gerät dienen, dessen Entwicklung bereits im Jahr 1888 durch den niederländischen Physiologen Hendrik Zwaardemaker begann. Anfang der 1970er-Jahre erschienen die ersten Messsysteme auf dem Markt, die jetzt „Olfaktometer“ genannt werden. Dieses Hilfsmittel bietet die Möglichkeit, einen sensorischen Stimulus in einen konstanten, angefeuchteten und temperierten Luftstrom einzubetten. Es ist damit technisch möglich, in Zeitfenstern von weniger als 20 msec einen Geruchsstoff anfluten und abfluten zu lassen. Besonders wichtig ist der steile Anstieg der Reizflanke. Dabei sollten innerhalb von 20 msec mindestens 66 % der Reizkonzentration erreicht sein.A device whose development began in 1888 by the Dutch physiologist Hendrik Zwaardemaker can be used to generate chemosensory stimuli that can be standardized. In the early 1970s, the first measuring systems appeared on the market, which are now called "olfactometers". This tool provides the ability to embed a sensory stimulus in a constant, humidified, and tempered flow of air. It is therefore technically possible to allow an odorant to flow in and out in time windows of less than 20 msec. The steep rise in the stimulus flank is particularly important. At least 66% of the stimulus concentration should be reached within 20 msec.

Die Reizdauer beträgt bspw. 200 msec, und die Reizung wird wiederholt, mindestens 8mal, präsentiert. Bevorzugt mindestens 10mal. Dies in der Zeitspanne von 480sec ±12%, um ausreichend viele artefakt-freie Messergebnisse für ein zuverlässiges „Averaging“ (vgl. dazu Absatz [36]) zu erhalten Für die Ableitung des EEG genügt eine Frequenz von 250 Hz.The stimulus duration is, for example, 200 msec and the stimulus is presented repeatedly, at least 8 times. Preferably at least 10 times. This in a period of 480 seconds ±12% in order to obtain a sufficient number of artifact-free measurement results for reliable "averaging" (cf. paragraph [36]). A frequency of 250 Hz is sufficient for the derivation of the EEG.

Als ideale Intervalle zwischen den Reizen gelten Interstimulationsintervalle von 30sec bis 45sec. Der für die Präsentation notwendige Luftstrom sollte über eine Flussrate von 7 bis 8 l/min verfügen und wegen der zu verhindernden begleitenden sensiblen Innervation und zur besseren Standardisierbarkeit eine Luftfeuchte von 70% bis 80% und eine Temperatur von 36°C bis 38°C aufweisen. Die Ansteuerung des gesamten Gerätes oder der Steuereinheit erfolgt über einen PC.Interstimulation intervals of 30 seconds to 45 seconds are considered ideal intervals between the stimuli. The air flow required for the presentation should have a flow rate of 7 to 8 l/min and, because of the accompanying sensory innervation to be prevented and for better standardization, have a humidity of 70% to 80% and a temperature of 36°C to 38°C . The entire device or the control unit is controlled via a PC.

Durch Summation der abgeleiteten reizsynchronen EEG-Abschnitte werden positive und negative Schwankungen addiert, während sich die zufällig ablaufende EEG-Spontanaktivität herausmittelt. Die ereigniskorrelierten Potenziale werden so vom Hintergrundrauschen getrennt. Es ergeben sich Resultate, wie bspw. in 3 dargestellt.By summing the derived stimulus-synchronous EEG sections, positive and negative fluctuations are added, while the random EEG spontaneous activity is averaged out. The event-related potentials are thus separated from the background noise. There are results such as in 3 shown.

Um eine Vergleichbarkeit von Untersuchungen mithilfe der Olfaktometrie zu ermöglichen, erfolgt eine Normierung der Testbedingungen.In order to enable a comparison of investigations using olfactometry, the test conditions are standardized.

Störende Einflussgrößen auf den Anwender werden minimiert. Um sowohl den Allgemeinstatus des Anwenders zu überprüfen und körperliche oder sonstige Auffälligkeiten frühzeitig zu erkennen als auch bspw. die Lokalisation des Nasenstücks zu kontrollieren, kann eine Kamera installiert sein. Über den gesamten Zeitraum ist die Überwachung mittels eines zusätzlich aufgestellten Monitors möglich. Zur optischen Reizabschirmung und räumlichen Trennung dient ein zwischen Apparatur und Anwender angebrachter Vorhang. Zur Abschirmung vor akustischer Beeinflussung, wie z. B. dem Klicken der Olfaktometer-Ventile während der Impulse oder Nebengeräuschen im Raum, wird den Anwender über einen Kopfhörer ein so genanntes „weißes Rauschen“ mit einer Lautstärke von zumindest 80 dB eingespielt.Disturbing factors affecting the user are minimized. A camera can be installed in order to check the general status of the user and to detect physical or other abnormalities at an early stage and, for example, to check the localization of the nosepiece. Monitoring is possible over the entire period using an additional monitor. A curtain attached between the apparatus and the user is used to shield optical stimuli and provide spatial separation. For shielding against acoustic influences, e.g. B. the clicking of the olfactometer valves during the impulses or background noise in the room, the user is played a so-called "white noise" with a volume of at least 80 dB via headphones.

Zur Stabilisierung der Vigilanz und des Wachheitsgrads des Anwenders während des Zeitraum der Sitzung wird bisweilen ein Konzentrationsspiel eingesetzt. Auf dem für den Anwender sichtbaren Desktop erscheint ein sich zufällig bewegendes farbliches Rechteck. Der Anwender ist aufgefordert, einen durch einen Joystick angesteuerten Cursor in den Grenzen dieses Rechteckes zu halten.A concentration game is sometimes used to stabilize the user's vigilance and level of alertness during the session period. A randomly moving colored rectangle appears on the desktop visible to the user. The user is required to hold a joystick controlled cursor within the bounds of this rectangle.

Ein Monitor kann auf Augenhöhe und in einem Abstand von etwa 2 m zum sitzenden Anwender positioniert sein.A monitor can be positioned at eye level and at a distance of about 2 m from the seated user.

Diese „Tracking Task“-Einheit erfüllt mehrere Funktionen. Beschleunigte und plötzliche Augenbewegungen stellen die Hauptursache für Artefakte in den EEG-Ableitungen dar. Infolge der langsamen Bewegung des anvisierten Objektes wird sowohl ein Offenhalten der Augen als auch eine Blickstabilisierung erreicht. Die Aufmerksamkeit des Anwenders wird durch Zuwendung zum Geschehen und einer notwendigen minimalen Beeinflussbarkeit des einfachen Spielablaufes normiert.This "tracking task" unit fulfills several functions. Accelerated and sudden eye movements are the main cause of artifacts in the EEG derivations. As a result of the slow movement of the targeted object, both the eyes are kept open and the gaze is stabilized. The attention of the user is normalized by paying attention to what is happening and by being able to influence the simple course of the game to a minimum.

Figurenlistecharacter list

1 outlines some components of the overall system.
2 is an example of an EEG with measurement points that can be relevant for chemosensory evoked potentials.
3 shows averaged EP courses (EP: evoked potentials), triggered by trigeminoneciceptive and olfactory stimuli, with consequences over the time axis.
4 shows positions of reference leads in 10/20 distribution on the attachment (planar projection of electrode positions according to the international 10-20 system).
5 is a potential map of an evoked potential [from Goodin (1999)].
6 explains different manifestations of evoked potentials caused by stimuli of different strengths; here using the example of acoustic stimuli, i.e. surface conduction (Cz against connected mastoids) and evoked potentials at five different stimulus intensities from 60 dB to 100 dB projected over one another, with amplitude differences of the N1/P2 components. In the original with colored expressions of the different intensities, represented here with different types of lines.
7 is an example of virtual glasses (Fraunhofer IIS).
8a and 8b provide examples of possible attachments (modern bicycle helmets).
9a and 9b show grid elements with possible positioning of the electrodes (ellipsoidal and circular electrode grid).
10a and 10b show examples of current EEG caps along with cabling, from the front and from the rear

Vorgeschlagen wird in weiteren Beispielen der Erfindung ...In further examples of the invention it is proposed...

Eine Kappe, eine Haube, ein Geflecht oder ein spezieller Helm; nachfolgend einfach: Helm, z.B. ähnlich zu einem modernen Fahrradhelm, als Beispiel eines Aufsatzes; ähnlich zu einer der 8a oder 8b.A cap, hood, braid or special helmet; hereinafter simply: helmet, eg similar to a modern bicycle helmet, as an example of an attachment; similar to one of the 8a or 8b .

Der Helm ist physisch mittels Kabel oder drahtlos mittels Bluetooth etc. mit einer Steuereinheit oder mit dem WEB verbunden - oder er arbeitet offline/Stand-Alone, mit im Helm integrierter Software.The helmet is physically connected to a control unit or to the web via cable or wirelessly via Bluetooth etc. - or it works offline/stand-alone, with software integrated in the helmet.

Der Helm kann aus Material bestehen, das mit geringem Aufwand jederzeit wieder sterilisiert werden kann.The helmet can be made of material that can be sterilized again at any time with little effort.

Das Material des Helms enthält elektrisch leitende Komponenten (z.B. Drahtgeflechte oder Bleche), zur Abschirmung gegen von außen einwirkende Störfelder (Faraday-Käfig).The material of the helmet contains electrically conductive components (e.g. wire mesh or sheet metal) for shielding against external interference fields (Faraday cage).

Der Helm ist in mehreren Größen erhältlich, vergleichsweise zu Schuhgrößen; via vorgefertigter Markierungen (vgl. auch 9) können Elektroden etc. sehr positionsgenau und auch einfach aufgesetzt/angesetzt werden. Bspw. längs der Scheitellinie Fz, Cz, Pz, an den beiden Ohrläppchen A1, A2 sowie am „Zwinkerpunkt“ Fp2.The helmet is available in multiple sizes, compared to shoe sizes; via ready-made markings (cf. also 9 ) electrodes etc. can be positioned very accurately and easily. E.g. along the crest line Fz, Cz, Pz, on the two earlobes A1, A2 and at the "wink point" Fp2.

Am Helm befinden sich Kopfhörer; zur Information / Anleitung / Beschäftigung / Beruhigung des Anwenders. Als Optionen.There are headphones on the helmet; for the information/instruction/occupation/reassurance of the user. As options.

Insbesondere sind die Kopfhörer auch zur Durchführung synästhetischer Manipulationen geeignet, bei denen der Gehörsinn involviert ist.In particular, the headphones are also suitable for performing synesthetic manipulations involving the sense of hearing.

Am Helm befinden sich Zuleitungen zur Zuführung eines ständigen Luftstromes; in der „inneren Röhre“ der Zuleitung(en) können Duftstoffe (programmgesteuert) zugefügt und zu der/den Nasenöffnung/en zugeführt werden. Es kann ähnlich gesteuert und getriggert sein wie bei Augendruckmessungen, bevorzugt mit einem im „virtuellen Brillenaufsatz“ (vgl. unten) vorhandenen Tablet oder Smartphone bzw. Steuerelement/Mikroprozessor.On the helmet there are supply lines for supplying a constant air flow; Fragrances can be added (programmatically) in the "inner tube" of the lead(s) and delivered to the nostril(s). It can be controlled and triggered in a similar way to eye pressure measurements, preferably with a tablet or smartphone or control element/microprocessor present in the "virtual glasses attachment" (see below).

Die Versorgung mittels Luftstrom/Duftstoffen kann über ein (ggf. speziell vereinfachtes/modifiziertes) Olfaktometer oder über am Helm integrierte Luft/Gas-Kartuschen erfolgen, die bspw. an der Rückseite angehängt sind.The air flow/scents can be supplied via an olfactometer (possibly specially simplified/modified) or via air/gas cartridges integrated into the helmet, which are attached to the back, for example.

Die Kartuschen sind bevorzugt drei. Eine als Luftspeicher unter Druck, zwei weitere, kleinere, welche die unten genannten Geruchsstoffe enthalten, bevorzugt zwei verschiedene Geruchsstoffe. Sie werden von der ersten Steuereinheit, die an ein, bevorzugt drei funktionell eigenständige Stellorgane gekoppelt ist (gemeinsam ein Stellorgan) oder diese ansteuert. Eine der unter Druck stehenden Kartuschen liefert angefeuchtete Luft, eine andere einen ersten Duftstoff und die weitere einen zweiten Duftstoff in der Strömung als Stimulus für die Person. Freigegeben wird jede der Strömungen von jeweils einem Stellorgan, gesteuert von der Steuereinheit.The cartridges are preferably three. One as an air reservoir under pressure, two other, smaller ones, which contain the odorants mentioned below, preferably two different odorants. You will be taken from the first control unit connected to a preferably three functionally independent actuators are coupled (together one actuator) or controls them. One of the pressurized cartridges delivers humidified air, another a first fragrance, and the other a second fragrance in the flow as a stimulus to the subject. Each of the flows is released by an actuator in each case, controlled by the control unit.

Am Helm befindet sich eine „virtuelle Brille“ (etwa ähnlich zu dem Produkt „Oculus“ oder zu einer „VR-Brille“ des Fraunhofer IIS), jeweils mit einem Display, ebenfalls zur Information / Anleitung / Beschäftigung / Beruhigung des Anwenders, die u. A. auch als physisches „Gegengewicht“ zu den Luft/Gas-Kartuschen dient.There are "virtual glasses" on the helmet (similar to the product "Oculus" or "VR glasses" from Fraunhofer IIS), each with a display, also for information / instructions / occupation / reassurance of the user, which u A. also serves as a physical "counterbalance" to the air/gas cartridges.

Diese „Brille“ ist insbesondere auch zur Durchführung synästhetischer Manipulationen geeignet, bei denen der Sehsinn involviert ist. Die Kombination von Kopfhörern + Display ermöglicht ideale Versuchsumgebungsbedingungen (Ablenkung, Konzentration, Vermeidung von Augenbewegungen, Anleitung für den Anwender, ...).These "glasses" are particularly suitable for carrying out synesthetic manipulations in which the sense of sight is involved. The combination of headphones + display enables ideal test environment conditions (distraction, concentration, avoidance of eye movements, guidance for the user, ...).

Am Helm befinden sich auch Potenziale für die Ohrläppchen, Sensoren zur Messung der Körpertemperatur, des Hautwiderstandes etc.The helmet also has potentials for the earlobes, sensors for measuring body temperature, skin resistance, etc.

Am Helm befindet sich eine (miniaturisierte) Rechnereinheit, die bspw. im „virtuellen Brillenaufsatz“ integriert ist, etwa als Tablet oder Smartphone; sie dient zur Ausführung der Geruchs-Tests, zur Steuerung der Luft/Duft-Ströme, zur Aufzeichnung der resultierenden EEG-Signale, zur Speicherung, Ausgabe/Anzeige und ggf. (via Kabel bzw. drahtlosen) Übertragung der Resultate.There is a (miniaturized) computer unit on the helmet, which is integrated, for example, in the "virtual glasses attachment", such as a tablet or smartphone; it is used to carry out the smell tests, to control the air/scent flows, to record the resulting EEG signals, to store, output/display and, if necessary, (via cable or wireless) transmission of the results.

Die Rechnereinheit steuert alle synästhetischen Manipulationen, insbesondere den Geruchssinn betreffend.The computer unit controls all synaesthetic manipulations, in particular relating to the sense of smell.

Verfahren, als weitere Beispiele der Erfindung.Methods, as further examples of the invention.

Die Software (im Tablet, Smartphone oder separatem Mikroprozessor) ermöglicht die Ausführung verschiedener Szenarien (Abfolgen von Verfahrensschritten).The software (in the tablet, smartphone or separate microprocessor) allows the execution of different scenarios (sequences of procedural steps).

Ein AD Wandler nimmt die Signale auf und wandelt sie für den Mikroprozessor auf digitale Werte um. Es kann ein Abtastraster von wenigen msec programmiert sein, oder eine Abtastzeit, die dem Shannon-Theorem genügt. Bei den recht niederfrequenten Signalen der EEGs sind 1 msec bis 5 msec ausreichend. Die Potentiale der EEG-Signale an den Elektroden (oder für die Elektroden) können von einem Analogverstärker verstärkt werden, bevor sie AD gewandelt werden.An AD converter takes the signals and converts them to digital values for the microprocessor. A sampling raster of a few msec can be programmed, or a sampling time that satisfies the Shannon theorem. With the very low-frequency signals of the EEGs, 1 msec to 5 msec are sufficient. The potentials of the EEG signals at the electrodes (or for the electrodes) can be amplified by an analogue amplifier before being AD-converted.

Die Software führt zu Beginn einer „Sitzung“ eine Prüfung (der Kontakte, etc.) auf Korrektheit durch. Die Software steuert die jeweiligen technischen Komponenten (Luftstrom, randomisierte Duftstrom-Stimuli), zeigt im Display zugehörige Konzentrations/Ablenkungs-Bilder/Movies und sorgt ggf. auch für optische oder akustische Ablenkung.At the beginning of a "session", the software carries out a check (of the contacts, etc.) for correctness. The software controls the respective technical components (air flow, randomized scent flow stimuli), shows the associated concentration/distraction images/movies on the display and, if necessary, also provides optical or acoustic distraction.

Die Software ist insbesondere auch zur Steuerung synästhetischer Manipulationen geeignet, bei denen optische oder akustische Stimuli involviert sind.The software is also particularly suitable for controlling synesthetic manipulations involving optical or acoustic stimuli.

Die Software erfasst die resultierenden EEG-Signale (als Zeitreihen), berechnet ggf. transformierte Daten (FFT etc.), extrahiert relevante Größen (Minima, Maxima, Amplituden, Zeitspannen, ...), vergleicht Schwellenwerte, kategorisiert etc.The software records the resulting EEG signals (as time series), calculates transformed data if necessary (FFT etc.), extracts relevant variables (minima, maxima, amplitudes, time periods, ...), compares threshold values, categorizes etc.

Die Software greift auf Referenzdaten zu, etwa allgemeine Daten zu „üblichen Reaktionen“, aber auch auf individuelle Daten (ggf. vorliegende Archivdaten des Anwenders).The software accesses reference data, such as general data on "usual reactions", but also individual data (possibly the user's archive data).

Die Software kombiniert diese Werte mit den ebenfalls erfassten Temperaturwerten, etc.The software combines these values with the temperature values also recorded, etc.

Die Software führt Soll/Ist-Vergleiche bzgl. beobachteten vs. referenzierten Daten durch.The software carries out target/actual comparisons regarding observed vs. referenced data.

Die „virtuelle Brille“ nach 7 und der Helm nach einer der 8a oder 8b können mit „Anhängseln“ versehen sein. Dazu zählen z.B. Kopfhörer, EEG-Ableitungen, Temperatursensor, Kabelverbindungen zwischen den Komponenten und insbesondere auch ein Tablet oder Smartphone, vorzugsweise im Brillenaufsatz, das als „miniaturisierter PC“ dient. 1 zeigt hierzu eine Übersicht.The "virtual glasses" after 7 and the helmet after one of the 8a or 8b may have "appendages". These include, for example, headphones, EEG leads, temperature sensors, cable connections between the components and, in particular, a tablet or smartphone, preferably in the glasses attachment, which serves as a "miniaturized PC". 1 shows an overview.

Verbrauchsmaterialien sind bspw. Phenylethylalkohol (PEA) und CO₂; deren Kosten sind vernachlässigbar.Examples of consumables are phenylethyl alcohol (PEA) and CO ₂ ; their costs are negligible.

Der Aufsatz (z.B. als ein Helm nach einem der 8a und 8b) würde evtl. personenbezogen (immer wieder, wie ein heute handliches Blutdruckmessgerät) genutzt, er wäre aber auch für Mehrpersonennutzung leicht sterilisierbar.The attachment (e.g. as a helmet after one of the 8a and 8b) would possibly be used personally (again and again, like a blood pressure monitor that is handy today), but it could also be easily sterilized for multiple use.

Die Software prüft (via Fingerabdruck, Spracherkennung, etc.), wer der Anwender ist und erstellt ggf. eine fälschungssichere Dokumentation über die durchgeführten Verfahrensschritte.The software checks (via fingerprint, speech recognition, etc.) who the user is and, if necessary, creates forgery-proof documentation of the process steps carried out.

Eine beispielhafte Darstellung eines chemosensorisch evozierten Potentials (mit Stimulus Onset-Zeitpunkt der Reizapplikation, relevanten Messpunkte etc.) zeigt 2.An exemplary representation of a chemosensory evoked potential (with stimulus onset time of stimulus application, relevant measurement points, etc.) is shown 2 .

Zur Erzeugung chemosensorischer Potentiale erlaubt die Wahl des auslösenden Agens/Reizes eine Differenzierung und Interpretierbarkeit des erhaltenen Signals. Will man ein reines olfaktorisches Potential erhalten, kann ein rein gezielt das olfaktorische System stimulierender Stoff, wie z.B. H₂S oder PEA, verwendet werden. Das trigeminale System kann spezifisch mit CO₂ erregt werden.For the generation of chemosensory potentials, the choice of the triggering agent/stimulus allows the signal obtained to be differentiated and interpreted. If you want to obtain a pure olfactory potential, a substance that stimulates the olfactory system in a purely targeted manner, such as H ₂ S or PEA, can be used. The trigeminal system can be specifically stimulated with CO ₂ .

Nachfolgend verwendete Abkürzungen/Termini sind aus dem englischen Sprachgebrauch: ERP für „event-related potential“, zu Deutsch „Ereigniskorreliertes Potential“; OERP für olfaktorisches und CSSERP oder tERP für chemosensorisches oder trigeminales ERP.Abbreviations/terms used below are from English usage: ERP for “event-related potential”; OERP for olfactory and CSSERP or tERP for chemosensory or trigeminal ERP.

Die Einteilung von ERPs erfolgt nach mehreren Gesichtspunkten: Nach den 10/20er-Positionierungen der Elektroden (bspw. Fz, Cz, Pz, ...), an denen die Signale erfasst werden, nach dem ausgeübten Stimulus (bspw. akustisch, visuell, olfaktorisch), nach der zeitlichen Abfolge von negativen und positiven Amplitudenmaxima ausgehend vom Reizzeitpunkt (stimulus onset), nach den zeitlichen Verzögerungen dieser Maxima (Latenzzeiten),...ERPs are classified according to several aspects: According to the 10/20 positioning of the electrodes (e.g. Fz, Cz, Pz, ...) at which the signals are recorded, according to the stimulus applied (e.g. acoustic, visual, olfactory), according to the chronological sequence of negative and positive amplitude maxima starting from the point in time of the stimulus (stimulus onset), according to the time delays of these maxima (latency periods),...

Mit einem „Olfaktometer“ werden notwendige Prinzipien postuliert zur standardisierbaren Generierung chemosensorischer Reize. Dieses Hilfsmittel bietet die Möglichkeit, einen sensorischen Stimulus in einen konstanten, angefeuchteten und temperierten Luftstrom einzubetten.With an "olfactometer" the necessary principles are postulated for the standardizable generation of chemosensory stimuli. This tool provides the ability to embed a sensory stimulus in a constant, humidified, and tempered flow of air.

Es ermöglicht, in Zeitfenstern von weniger als 20 msec einen Geruchsstoff anfluten und abfluten zu lassen. Dies als Stimulus im Sinne eines Pulses. Ziel dabei ist, den Wechsel zwischen einem geruchlosen und einem riechbaren Luftstrom zu realisieren, ohne dadurch Mechano- oder Thermorezeptoren der Riechschleimhaut zu aktivieren oder Habituationen oder Adaptationen bei zu geringer Anstiegssteilheit des Reizes auszulösen. Eine so kurze Zeitspanne ist nicht immer erforderlich, obwohl technisch möglich. Pulsbereiche von unter 250 msec sind ohne weiteres möglich und verglichen mit dem längerfristig aktiven, bevorzugt angefeuchteten und temperierten Luftstrom als Puls zu benennen.It allows an odorant to flow in and out in time windows of less than 20 msec. This as a stimulus in the sense of a pulse. The aim is to switch between an odorless and an odorable air flow without activating mechano- or thermoreceptors of the olfactory mucosa or triggering habituation or adaptation if the stimulus rises too slowly. Such a short period of time is not always necessary, although technically possible. Pulse ranges of less than 250 msec are easily possible and compared to the longer-term active, preferably humidified and tempered air flow, they can be called a pulse.

Als ideale Intervalle zwischen den Reizen haben sich Interstimulationsintervalle (ISI) von 30 sec bis 45 sec erwiesen. Die Wahl des entsprechenden Intervalls wird bestimmt durch die speziellen Anforderungen der Geruchsstimulationen, insbesondere auch in Relation zu anderen (optischen, akustischen, ...) synästhetischen Manipulationen.Interstimulation intervals (ISI) of 30 to 45 seconds have proven to be ideal intervals between the stimuli. The choice of the appropriate interval is determined by the special requirements of the olfactory stimulation, especially in relation to other (optical, acoustic, ...) synesthetic manipulations.

Der für die Präsentation verwendete Luftstrom sollte über eine Flussrate von 7 bis 8 l/min verfügen und wegen der zu verhindernden begleitenden sensiblen Innervation und zur besseren Standardisierbarkeit eine Luftfeuchte von 70 % bis 80 % und eine Temperatur von 36°C bis 38 °C aufweisen.The air stream used for the presentation should have a flow rate of 7 to 8 l/min and, because of the accompanying sensory innervation to be prevented and for better standardization, have a humidity of 70% to 80% and a temperature of 36°C to 38°C .

Die Ansteuerung der einzelnen Schritte der gesamten Verfahrenskette kann über einen PC erfolgen und eine für diese Zwecke entwickelte Software, die dazu dient, verschiedene Reizarten (olfaktorische, optische, akustische), Reizintensitäten bzw. Reizkonzentrationen und Stimuluszeiten sowie entsprechend gewünschte ISI in Reizklassen zu definieren und für die Anwendung auszulesen. Der PC vereint in seiner Funktion zusätzlich die Registrierung der durch die EEG-Verstärker-Einheiten erfassten Signale. Sie werden auf dem PC abgespeichert und durch erweiterte Programme ausgewertet.The individual steps of the entire process chain can be controlled via a PC and software developed for this purpose, which serves to define different types of stimuli (olfactory, optical, acoustic), stimulus intensities or stimulus concentrations and stimulus times as well as the correspondingly desired ISI in stimulus classes and read for the application. In its function, the PC also combines the registration of the signals recorded by the EEG amplifier units. They are saved on the PC and evaluated by extended programs.

Dadurch ist es möglich, hinsichtlich Startzeitpunkt, Dauer und Intensität exakte Stimuli (optischer, akustischer oder olfaktorischer Art) reproduzierbar zu erzeugen und die Reaktionen des Anwenders (bspw. mittels EEG-Geräten) zu erfassen. Aus den wiederholt erfassten Signalen lassen sich dann mittels „Averaging-Verfahren“ die evozierten Potentiale extrahieren.This makes it possible to reproducibly generate exact stimuli (optical, acoustic or olfactory type) in terms of start time, duration and intensity and to record the user's reactions (e.g. using EEG devices). The evoked potentials can then be extracted from the repeatedly recorded signals using "averaging methods".

Die funktionell zu sehende Haube nach 1 oder 8 mit den zugehörigen Komponenten (Mikroprozessor, AD-Wandler, Steuereinheit und Elektroden sowie Stellorgan, Kartusche und virtuelle Brille und zugehörig ein Kopfhörer) kann auch losgelöst von dem Versuchsaufbau portabel sein.The hood to be seen functionally 1 or 8th with the associated components (microprocessor, AD converter, control unit and electrodes as well as actuator, cartridge and virtual glasses and associated headphones) can also be portable detached from the experimental setup.

Verwendete GeruchssubstanzenOdor substances used

Phenylethylalkohol (2-Phenylethanol, C₈H₁₀O, PEA) ist eine farblose, flüssige und lichtempfindliche chemische Verbindung aus der Gruppe der Alkohole. Ihr natürliches Vorkommen findet sie in ätherischen Ölen von Hyazinthen, Pfingstrosen, Geranien und zahlreichen anderen Blumen. Synthetisch herstellbar wird sie als Ausgangsstoff für „süße“ Blütendüfte verwendet. Dieser Stoff gilt als einer der wenigen rein olfaktorisch stimulierenden Substanzen und eignet sich daher für die gegebene Fragestellung besonders gut. CO₂ (Kohlenstoffdioxid) ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Es ist ein farb- und geruchloses Gas, welches nasal nachweislich eine selektive Stimulation des trigeminalen Systems verursacht. In dem hier referenzierten Versuchsaufbau werden Konzentrationen von zwischen 40 Vol.-%. und 60 Vol.-% verwendet.Phenylethyl alcohol (2-phenylethanol, C ₈ H ₁₀ O, PEA) is a colourless, liquid and light-sensitive chemical compound from the alcohol group. It is found naturally in the essential oils of hyacinths, peonies, geraniums and numerous other flowers. Synthetically producible, it is used as a raw material for "sweet" floral scents. This substance is considered to be one of the few purely olfactory stimulating substances and is therefore particularly suitable for the given question. CO ₂ (carbon dioxide) is a chemical compound of carbon and oxygen. It is a colorless and odorless gas that has been shown to cause selective stimulation of the trigeminal system nasally. In the test setup referenced here, concentrations of between 40% by volume. and 60% by volume used.

Ein Beispiel eines allgemeinen VerfahrensablaufsAn example of a general process flow

Eine Darstellung eines chemosensorisch evozierten Potentials ist in 2 abgebildet. Stimulus Onset-Zeitpunkt der Reiz-Applikation ist mit dem vertikalen Pfeil dargestellt, gezeigt sind mögliche, aber nicht alleine zwingende Messpunkte.A representation of a chemosensory evoked potential is in 2 pictured. The stimulus onset time of the stimulus application is shown with the vertical arrow, possible measurement points are shown, but they are not the only ones that are mandatory.

In einer typischen Untersuchung genügte einer praktikablen Arbeitsweise wegen für die elektro-enzephalographische Potentialregistrierung eine vereinfachte 6-kanalige Ableitung von den Punkten Fz, Cz, Pz, C3, C4 und einer Messelektrode Fp2 zur Erfassung von Blinzlerartefakten (Referenz 1).In a typical investigation, a simplified 6-channel derivation from the points Fz, Cz, Pz, C3, C4 and a measuring electrode Fp2 was sufficient for recording blink artifacts (Reference 1) due to a practicable working method for the electro-encephalographic potential registration.

Als unipolare Referenzpunkte waren hier Elektroden an den Ohrläppchen, sowie beiderseitig am Mastoid die Erdungselektroden vorgesehen.Electrodes on the earlobes as well as the grounding electrodes on both sides of the mastoid were provided as unipolar reference points.

Anschließend wurde das Nasenstück (im Beispiel ein Teflonschlauch mit Plastikkappe und einem Durchmesser von 2 mm) so ausgerichtet, dass einerseits noch eine geringe Restbeweglichkeit, andererseits eine sichere Applikation des Duftimpulses ins Vestibulum Nasi erreicht wurde. Das Nasenstück sollte sich etwa 1,5 cm im Vestibulum befinden. Der Kopfhörer kann der bereits angesprochenen Geräuschabschirmung dienen.Then the nose piece (in the example a Teflon tube with a plastic cap and a diameter of 2 mm) was aligned in such a way that on the one hand there was still a small residual mobility and on the other hand a safe application of the scent impulse into the vestibulum nasi was achieved. The nosepiece should be about 1.5 cm in the vestibule. The headphones can be used for the noise shielding already mentioned.

Alle interpretierbaren EPs (optimal je 15 Einzelreize zu jeder Reizklasse) wurden daraufhin dem Mittelungs-Verfahren („Averaging“) unterzogen. Dies ermöglichte die Zuordnung eines spezifischen Signals zu jeder Reizklasse. An jedem Potentialverlauf wurden für die Auswertung relevante Punkte ausgemessen. Zur Mittelung mindestens notwendig waren acht zu jeder Reizklasse gehörende Einzelpotentiale.All interpretable EPs (optimally 15 individual stimuli for each stimulus class) were then subjected to the averaging process. This allowed a specific signal to be assigned to each stimulus class. Points relevant for the evaluation were measured on each course of the potential. At least eight individual potentials belonging to each stimulus class were necessary for the averaging.

Es resultierte eine Kurve mit spezifischen Maxima und Minima (vergleichsweise zu 2). Entsprechend der EEG-Konvention erfolgte die Benennung der Polarität mit N für einen nach oben gerichteten und mit P für einen nach unten gerichteten Kurvenausschlag. Hinsichtlich ihrer Amplituden und ihrer Latenz vom Zeitpunkt der Stimulation ausgehend wurden die Punkte P1, die N1-Komponente und die in der Nomenklatur der CSERP als P2 bezeichnete Punkt maximaler Kurvenauslenkung bestimmt. (N.B. In der Literatur sind unterschiedliche ± Orientierungen der vertikalen Achse zu finden.)The result was a curve with specific maxima and minima (comparative to 2 ). In accordance with the EEG convention, the polarity was denoted with N for an upward curve deflection and with P for a downward curve deflection. The points P1, the N1 component and the point of maximum curve deflection, referred to as P2 in the nomenclature of the CSERP, were determined with regard to their amplitudes and their latency from the time of stimulation. (NB Different ± orientations of the vertical axis can be found in the literature.)

In OERP findet man P1 etwa 200 msec bis 250 msec, N1 in einem Zeitfenster von 200 msec bis 700 msec und P2 zwischen 300 msec und 800 msec nach Reizbeginn. Bei dem durch trigeminale Reizung provozierten tERP liegen diese Zeiten etwa 50 msec linksverschoben auf der Zeitachse (Referenzen 2, 3).In OERP, P1 is found around 200 msec to 250 msec, N1 in a time window of 200 msec to 700 msec, and P2 between 300 msec and 800 msec after the onset of the stimulus. In the tERP provoked by trigeminal stimulation, these times are shifted to the left by about 50 msec on the time axis (references 2, 3).

Die Relevanz dieser Wechselwirkungen wurde durch Untersuchungen an Patienten mit olfaktorischer Dysfunktion deutlich, die zeitgleich eine reduzierte trigeminale Sensitivität aufwiesen. Das legt den Schluss nahe, dass an einer normalen Funktion des trigeminalen Systems das olfaktorische maßgeblich mitbeteiligt ist (Referenzen 4, 5, 6, 7).The relevance of these interactions became clear in studies on patients with olfactory dysfunction who also showed reduced trigeminal sensitivity. This suggests that the normal function of the trigeminal system involves the olfactory system (References 4, 5, 6, 7).

Sowohl subjektive Bewertungen mit Lateralisationsversuchen als auch elektrophysiologische Messdaten weisen höhere trigeminale Reizschwellen und damit verminderte Sensitivitäten bei diesen Patienten nach, die im Verlauf ihres Lebens den Verlust des olfaktorischen Riechvermögens beklagen.Both subjective assessments with lateralization tests and electrophysiological measurement data show higher trigeminal thresholds and thus reduced sensitivity in these patients, who complain of the loss of olfactory sense of smell over the course of their lives.

Aus Daten psychophysischer Messungen ergaben sich durch die Kombination eines selektiven olfaktorischen Stimulus mit einem rein trigeminalen Reiz signifikante Zunahmen der Intensitätsstärken. Diese waren kontinuierlich und abhängig von der PEA- und der CO₂-Konzentration sowohl als Stoffgemisch als auch bei Berücksichtigung der Einzelkomponenten. Steigende Konzentrationen des additiv wirkenden olfaktorischen Stimulus riefen einen kontinuierlichen Anstieg der subjektiv wahrgenommenen Reizstärke hervor.The combination of a selective olfactory stimulus with a purely trigeminal stimulus resulted in significant increases in intensity from data from psychophysical measurements. These were continuous and dependent on the PEA and CO ₂ concentration both as a mixture of substances and when considering the individual components. Increasing concentrations of the additive olfactory stimulus caused a continuous increase in the subjectively perceived stimulus intensity.

Diese Beobachtungen trafen für beide untersuchten CO₂-Konzentrationsstufen zu. Damit untermauern die Daten die der zurückliegenden Untersuchungen von Kobal und Hummel 1988 sowie von Roscher et al. 1997 und von Livermore et al. 1992. Die in den psychophysischen Messungen gemachten Beobachtungen wurden durch die Ergebnisse der elektrophysiologischen Untersuchungen teilweise bekräftigt. Die Amplitude P2 nahm bei ansteigender PEA-Konzentration kontinuierlich zu, wenn auch nicht signifikant. Die Zunahme der Amplitudendifferenz N1P2 dagegen erwies sich als signifikant. Ebenso signifikant waren erwartungsgemäß die Unterschiede der Amplituden für die zwei trigeminalen Reizstufen. Die Abhängigkeit der Amplitudenstärke von der Konzentration des trigeminalen Reizes wurde damit bestätigt.These observations applied to both investigated CO ₂ concentration levels. The data thus support the previous studies by Kobal and Hummel 1988 and by Roscher et al. 1997 and by Livermore et al. 1992. The observations made in the psychophysical measurements were partially confirmed by the results of the electrophysiological investigations. The amplitude P2 increased continuously with increasing PEA concentration, although not significantly. The increase in the amplitude difference N1P2, on the other hand, turned out to be significant. As expected, the differences in the amplitudes for the two trigeminal stimulus levels were just as significant. The dependence of the amplitude strength on the concentration of the trigeminal stimulus was thus confirmed.

Bei allen Sinnesmodaltäten werden die evozierten Potenziale auf die gleiche Weise beschrieben. In Abhängigkeit von der Reizart (akustisch, visuell, olfaktorisch, ...) unterscheiden sich jedoch Form und zeitlicher Verlauf des Potenzials.For all sensory modalities, the evoked potentials are described in the same way. Depending on the type of stimulus (acoustic, visual, olfactory, ...), however, the form and time course of the potential differ.

Die frühen und mittleren Potenzialkomponenten werden wesentlich von den physikalischen Reizparametern, wie z. B. der Helligkeit beim visuell evozierten Potenzial, bestimmt und daher als exogene Komponenten bezeichnet. Sie treten im Bereich bis ca. 100 msec nach Reizbeginn auf. Potenzialmaxima sind dabei über den sensorischen Hirnarealen ableitbar, die durch den spezifischen Reiz erregt werden. Potenzialgipfel, die mit einer (sehr kurzen) Latenzzeit bis ca. 10 msec auftreten, entstehen nicht im Kortex, sondern im Hirnstamm und werden als Hirnstammpotenziale bezeichnet.The early and middle potential components are essentially dependent on the physical stimulus parameters, such as e.g. B. the brightness in the visually evoked potential, determined and therefore referred to as exogenous components. They occur up to about 100 msec after the onset of the stimulus. Potential maxima can be derived from the sensory brain areas that are excited by the specific stimulus. Potential peaks, which occur with a (very short) latency period of up to approx. 10 msec, do not arise in the cortex but in the brainstem and are referred to as brainstem potentials.

Eine grobe Übersicht hierzu vermittelt Figur 5.Figure 5 provides a rough overview of this.

Für akustisch evozierte Potenziale zeigt 6 ein Beispiel zu Abhängigkeiten zwischen Reizstärke (Lautstärke) und Reizantwort.For auditory evoked potentials shows 6 an example of dependencies between stimulus strength (volume) and stimulus response.

Bei optisch getriggerten Reizen gilt das Gleiche. Die visuell evozierten Potenziale sind in hohem Maße von technischen Parametern der Stimulation (Monitor, Spiegel, Blitzbrille, Abstand zum Auge) abhängig. (>> Wikipedia). Die schematische Darstellung der 1 zeigt technische Komponenten des Aufsatzes, wobei nicht bei jeder synästhetischen Anwendung alle zusammen benötigt werden. So können beispielsweise bei EEG-Sitzungen, bei denen nur akustische und/oder visuelle Stimuli analysiert werden sollen, die „olfaktorischen Komponenten“ (Kartuschen, Luft/Duftstoff-Zuführungen, etc.) auch fehlen.The same applies to optically triggered stimuli. The visually evoked potentials are highly dependent on the technical parameters of the stimulation (monitor, mirror, flash glasses, distance to the eye). (>> Wikipedia). The schematic representation of 1 shows the technical components of the attachment, although not all of them are needed together for every synaesthetic application. For example, in EEG sessions in which only acoustic and/or visual stimuli are to be analyzed, the "olfactory components" (cartridges, air/scent supply, etc.) can also be missing.

Eine Basiskomponente ist ähnlich einem modernen Fahrradhelm, der ein Gewicht von weniger als 200 g aufweisen kann. Versehen mit entsprechenden, ggf. verstellbaren Auflageflächen hat er hohen Tragekomfort. Mehrere Strukturvarianten sind möglich: geschlossen, gitterförmig, etc., wobei eine gitterförmige Struktur neben einem geringen Gewicht auch für gute Belüftung sorgt und zudem noch ggf. erforderliches oder gewünschtes, händisches Nachjustieren erleichtert.A base component is similar to a modern bicycle helmet, which can weigh less than 200 g. Provided with appropriate, possibly adjustable contact surfaces, it is very comfortable to wear. Several structural variants are possible: closed, lattice-shaped, etc., with a lattice-shaped structure not only being lightweight but also ensuring good ventilation and also facilitating manual readjustment that may be required or desired.

Dies sind große Vorteile im Vergleich zu den heute üblichen Kopfhauben, Bändern oder Kunststoffgeflechten, die mühsam und langwierig aufzusetzen sind, die oft verrutschen, sich lästig anfühlen und unter denen manche Anwender nach einiger Zeit auch schwitzen.These are great advantages compared to today's hoods, bands or plastic braids, which are tedious and tedious to put on, which often slip, feel uncomfortable and under which some users sweat after some time.

Eine Standardisierung von Elektrodenpositionen gibt es seit den 1950er Jahren. Nahezu ebenso lange ist jedoch bekannt, dass in etwa 20 % aller Fälle die Kopfgeometrie des Helmträgers sehr stark von der Norm abweicht, so dass ein aufwändiges Nachjustieren von Elektrodenpositionierungen (d. h. Verschieben an Nicht-Standardpositionen) erforderlich ist, um zuverlässige und vergleichbare EEG-Messresultate zu gewinnen (Vgl. R.W. Homan et al.: Cerebral location of international 10-20 system electrode placement. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology, 66, 367 bis 382; 1987 ).Electrode positions have been standardized since the 1950s. However, it has been known for almost as long that in about 20% of all cases the head geometry of the helmet wearer deviates significantly from the norm, so that a time-consuming readjustment of electrode positioning (i.e. moving to non-standard positions) is necessary in order to obtain reliable and comparable EEG measurement results to win (cf. RW Homan et al.: Cerebral location of international 10-20 system electrode placement. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology, 66, 367-382; 1987 ).

Auch hierbei ist ein Helm im Vorteil: Relativ einfach lassen sich unterschiedliche Varianten nach einem feinen Kopfgrößenraster herstellen, und darüber hinaus können auch individuelle Helme gefertigt werden, z.B. im Spritzgieß-Verfahren oder mittels 3D-Druck, so dass ein „persönlicher Helm“ als Aufsatz entsteht, vergleichbar zu einem „geschäumten persönlichen Skischuh“.Here, too, a helmet has an advantage: it is relatively easy to produce different variants according to a fine head size grid, and individual helmets can also be manufactured, e.g. using the injection molding process or using 3D printing, so that a "personal helmet" as an attachment is created, comparable to a "foamed personal ski boot".

Verschiedene Materialien sind möglich, auch solche, mit denen ein transparenter Helm herstellbar ist, so dass damit Positionierung und Andruck der Elektroden mit bloßem Auge auch bei aufgesetztem Helm problemlos überprüfbar sind.Various materials are possible, including those with which a transparent helmet can be produced, so that the positioning and pressure of the electrodes can be easily checked with the naked eye, even when the helmet is on.

Als Artefakte gelten alle Potentialschwankungen in der EEG-Registrierung, die nicht vom Gehirn ausgehen. Ihre Erkennung und Verhütung ist eines der wichtigsten Probleme in der Elektroenzephalographie. Die zahlreichen möglichen Artefakte kann man unterteilen in personenbezogene bzw. biologische Artefakte und technische Störungen. Die Ersteren werden durch den Anwender selbst verursacht und sind daher oft nicht zu vermeiden. Technische Artefakte sind durch Elektrodendefekte, Kabeldefekte, allgemeine apparative Mängel oder technische Fremdeinwirkungen bedingt. Eine große Rolle spielen 50Hz-Wechselstromstörungen und andere elektromagnetische Störungen, die durch das Ambiente (Smartphones, Laptops, statische Aufladungen, Stroboskope, Olfaktometer, ...) der Laborumgebung verursacht sind (Vgl. Artefakte im EEG. S. Zschocke; Klinische Elektroenzephalographie, 651 bis 685; Springer-Verlag, 2002 .)Artifacts are all potential fluctuations in the EEG registration that do not emanate from the brain. Their detection and prevention is one of the most important problems in electroencephalography. The numerous possible artefacts can be divided into personal or biological artefacts and technical faults. The former are caused by the user himself and are therefore often unavoidable. Technical artefacts are caused by electrode defects, cable defects, general equipment defects or external technical influences. 50Hz alternating current interference and other electromagnetic interference caused by the ambience (smartphones, laptops, static charges, stroboscopes, olfactometers, ...) of the laboratory environment play a major role (cf. Artifacts in the EEG. S. Zschocke; Clinical Electroencephalography, 651 to 685; Springer Verlag, 2002 .)

Solche Störeinflüsse können durch das Einarbeiten elektrisch leitender Materialien in geeignet gestaltete Helmstrukturen (bspw. als geschlossene oder wabenförmige Hülle) abgewehrt werden. Der Helm fungiert als Faraday-Käfig.Such disruptive influences can be averted by incorporating electrically conductive materials into suitably designed helmet structures (e.g. as a closed or honeycomb shell). The helmet acts as a Faraday cage.

Die Störanfälligkeit wird weiter reduziert, indem sämtliche Verkabelungen in abgeschirmter Ausführung dauerhaft fest in die Stege oder Waben des Helmes integriert werden. Dadurch treten auch viele Störfaktoren erst gar nicht auf, die sich heute aufgrund des üblichen „Kabelsalats“ zwangsläufig ergeben. (Vgl. dazu auch 10a und 10b).The susceptibility to failure is further reduced by permanently integrating all wiring in a shielded design into the bars or honeycomb of the helmet. As a result, many disruptive factors that inevitably arise today due to the usual "cable clutter" do not even occur. (Cf. also 10a and 10b) .

Die Anordnung der Elektroden am bzw. im Helm kann einem Standard-Raster entsprechen, sie kann sich aber auch an der individuellen Kopfform des Anwenders orientieren, wie oben bereits bei der Gestaltung verschiedener Formen des Helms angesprochen.The arrangement of the electrodes on or in the helmet can correspond to a standard grid, but it can also be based on the individual head shape of the user, as already mentioned above with regard to the design of different shapes of the helmet.

Eine weitere Helmvariante als Aufsatz besteht darin, statt der gemäß Norm vorgegebenen Punkt-Positionen für die Elektroden jeweils ein Elektrodensegment mit einem Raster möglicher Elektroden-Positionen einzubauen. 9 zeigen zwei Beispiele solcher Segmente. Bei erstmaliger Nutzung eines Helmes werden dann zu Beginn der EEG-Sitzung in jedem Elektrodensegment zunächst die Elektrodenpositionen variiert, bis die für den Helmträger (den Anwender) jeweils optimalen Positionen gefunden sind. Diese Positionen werden als „Kopfabdruck“ gespeichert, so dass bei einer erneut anstehenden EEG-Sitzung sofort mit idealen Positionen gestartet werden kann.Another helmet variant as an attachment consists of installing an electrode segment with a grid of possible electrode positions instead of the point positions for the electrodes specified by the standard. 9 show two examples of such segments. When a helmet is used for the first time, the electrode positions in each electrode segment are initially varied at the beginning of the EEG session until the optimal positions for the helmet wearer (the user) are found. These positions are saved as a "headprint" so that when you try again upcoming EEG session can be started immediately with ideal positions.

Die Elektrodenpositionen können ein ellipsoides Elektroden-Raster oder ein kreisförmiges Elektroden-Raster einnehmen, wie in 9 skizziert.The electrode positions can adopt an ellipsoidal electrode grid or a circular electrode grid, as in 9 sketched.

Die aufrecht stehenden Rauten stellen bspw. flexible Kunststoffelemente dar, die in die Helmsegmente an den 10/20er-Positionen eingearbeitet sein können. Die hellen Kreise stellen mögliche, alternative Positionen dar, in die eine Elektrode eingesteckt bzw. eingedreht werden kann. Eine „passende Wahl“ der Position(en) hängt dabei von einer jeweils individuellen, realen Kopfform (des Helm-Trägers) ab. Ist eine Elektrode dann so weit eingesteckt oder eingedreht, dass ein ausreichender Kontakt zur Kopfoberfläche hergestellt ist, sorgen z.B. Vorspannung und/oder Flexibilität des Kunststoffelements dafür, dass der Kontakt zwischen Elektrode und Kopfoberfläche auch permanent eingehalten wird, ohne dass sich für den Träger ein starkes Druckempfinden einstellt.For example, the upright diamonds represent flexible plastic elements that can be incorporated into the helmet segments at the 10/20 positions. The light circles represent possible, alternative positions into which an electrode can be inserted or screwed. A "suitable choice" of the position(s) depends on an individual, real head shape (of the helmet wearer). If an electrode is then inserted or screwed in far enough for sufficient contact to the head surface to be established, the pretension and/or flexibility of the plastic element, for example, ensure that the contact between the electrode and the head surface is also maintained permanently, without the wearer having a strong feeling of discomfort pressure sensitivity adjusts.

Die Qualität des Kontaktes kann zusätzlich auch von einer Prüf-Komponente des offenbarten Steuerungsprogrammes angezeigt werden. Bei höheren Ansprüchen an die Qualität der aufzuzeichnenden EEG-Daten kann eine noch weitergehende Verbesserung des elektrischen Kontaktes durch die Verwendung hierfür geeigneter Elektrodengels oder Elektrodenpasten erzielt werden.In addition, the quality of the contact can also be displayed by a checking component of the disclosed control program. If there are higher demands on the quality of the EEG data to be recorded, an even further improvement in the electrical contact can be achieved by using suitable electrode gels or electrode pastes.

In vielen Anwendungsfällen kann ohne Auftragen von Gel oder Paste abgetastet werden.In many applications it is possible to scan without applying gel or paste.

Die Elektroden sind mit den abgeschirmten Kabeln im Helm verbunden und somit ebenfalls Komponenten im Faraday'schen Käfig.The electrodes are connected to the shielded cables in the helmet and thus also components in the Faraday cage.

In Abhängigkeit vom jeweiligen EEG-Anwendungsbereich (wissenschaftlich, unterhaltungsorientiert - oder auch medizinisch) können ganz unterschiedliche Varianten von Aufsätzen von Interesse sein, die sich insbesondere hinsichtlich der Anzahl benötigter Elektroden unterscheiden.Depending on the respective EEG area of application (scientific, entertainment-oriented - or even medical), very different variants of attachments can be of interest, which differ in particular with regard to the number of electrodes required.

Mit am häufigsten verwendet wird eine „Minimalausstattung“, welche die Elektroden Fz, Cz und Pz beinhaltet, die im Mittel/Scheitel-Bereich des Helms platziert sind. Hinzu kommen weitere, an seitlichen Helmsegmenten positionierte Kontakte für die A1/A2- Ableitungen (Ohrläppchen) sowie am frontalen Helmsegment befindliche Positionierungen für die Fp1- bzw. Fp2-Elektroden, vorgesehen zur Beobachtung von Augenbewegungen.One of the most commonly used is a "minimal set-up" which includes the Fz, Cz and Pz electrodes placed in the mid/crown area of the helmet. In addition, there are further contacts positioned on the side helmet segments for the A1/A2 leads (earlobes) as well as positions for the Fp1 and Fp2 electrodes on the frontal helmet segment, intended for observing eye movements.

In den Helmsegmenten kann weitere Sensorik eingebracht sein, z.B. ein Temperatursensor zur Überprüfung oder Überwachung des Helmträgers.Additional sensors can be incorporated into the helmet segments, e.g. a temperature sensor for checking or monitoring the helmet wearer.

Auf einem der Helmsegmente kann, ebenfalls, ein Chip, eine SmartCard, ein USB- Stick oder Ähnliches, angebracht werden (durch Stecken oder Kleben), womit die EEG-Signale erfasst, gespeichert und auch unmittelbar weitergeleitet werden können.A chip, a smart card, a USB stick or similar can also be attached to one of the helmet segments (by plugging or gluing), with which the EEG signals can be recorded, stored and also forwarded immediately.

Die bisher vorgestellten Grundkomponenten, d. h. Helm und Elektroden - ggf. mit „Kommunikations-Chip“ sowie weiterer Sensorik, bilden die Minimalversion, die für eine EEG-Erfassung verwendet werden kann. Die Verbindung zu marktüblichen Aufzeichnungs- und Auswertungsgeräten ist über kabelgebundene oder drahtlose Schnittstellen möglich.The basic components presented so far, i. H. Helmet and electrodes - possibly with a "communication chip" and other sensors, form the minimum version that can be used for EEG recording. The connection to commercially available recording and evaluation devices is possible via wired or wireless interfaces.

Die Minimalversion ist insbesondere geeignet für die Aufzeichnung von Schlaf-EEGs, da in diesen Fällen weiteres Zubehör eher stören würde, oder auch für Ruhe-EEGs. Hinzu kommen „Mobile-EEGs“ als weiterer Anwendungsbereich, da sich die Träger des Aufsatzes aufgrund seiner Robustheit (u. A. dauerhaft stabiler, elastischer, mechanischer und elektrischer Kontakt der Elektroden zur Kopfhaut; Abschirmung gegen äußere Störfelder) frei bewegen können.The minimal version is particularly suitable for recording sleep EEGs, since in these cases additional accessories would tend to interfere, or for resting EEGs. In addition, there are "mobile EEGs" as a further area of application, since the wearer of the attachment can move freely due to its robustness (e.g. permanently stable, elastic, mechanical and electrical contact of the electrodes to the scalp; shielding against external interference fields).

Für die Durchführung von EEG-Sitzungen mit anderen Schwerpunkten, so etwa bei Beobachtungen von Reaktionen auf verschiedene (akustische, optische, olfaktorische, ...) Stimuli, die auch (aufeinanderfolgend oder gleichzeitig) kombiniert auf den Anwender wirken können, kann das modular aufgebaute System um weitere Komponenten ergänzt werden.The modularly designed system can be supplemented with additional components.

Damit entsteht ein „Gesamtpaket“, das dazu dient, wechselseitige Verarbeitungsprozesse der Synästhesie zu bewirken, zu unterstützen und zu analysieren.This creates a "total package" that serves to bring about, support and analyze mutual processing processes of synaesthesia.

Kopfhörer können mehrere Funktionen erfüllen.Headphones can fulfill several functions.

Akustische Stimuli sind einem Anwender durch Kopfhörer sehr direkt vermittelbar, zusätzliche externe (störende) Geräte sind dann nicht mehr erforderlich.Acoustic stimuli can be communicated very directly to a user through headphones, additional external (interfering) devices are then no longer required.

Darüber hinaus können Anweisungen, bspw. zum Sitzungsverlauf, via Kopfhörer einfach (und wiederum ungestört) vermittelt werden.In addition, instructions, e.g. on the course of the session, can be conveyed easily (and again undisturbed) via headphones.

Was ferner von großer Bedeutung ist: Die Kopfhörer schirmen den Anwender gegen unerwünschte akustische Störungen von außen ab und tragen so zur Gewinnung Artefakt-freier EEG-Erfassungen bei.What is also of great importance: The headphones shield the user from unwanted acoustic interference from outside and thus contribute to the acquisition of artifact-free EEG acquisitions.

Die Kopfhörer sind am Helm integriert oder (via Steck/Click-System) einfach anzubringen und auch wieder wegzunehmen. In jedem Falle erfolgt die erforderliche Verkabelung auch hier mittels abgeschirmter Kabel zum bzw. im Helm-Korpus.The headphones are integrated into the helmet or (via the plug/click system) can be easily attached and removed again. In any case, done the necessary wiring here too using shielded cables to or in the helmet body.

Eine „Brille“ kann verschiedene Komponenten in unterschiedlichen Kombinationen beinhalten.A "glasses" can contain different components in different combinations.

Durch eine Virtuelle Brille sind, je nach Ausführung, visuelle Stimuli in beliebiger Komplexität und Präzision generierbar. Auch hier werden dann externe Geräte (PCs, Bildschirme, Stroboskope, etc.) nicht mehr benötigt.Depending on the design, virtual glasses can be used to generate visual stimuli of any complexity and precision. Here, too, external devices (PCs, screens, stroboscopes, etc.) are no longer required.

In einer Ausführung als Smartphone-Brille kann auch, ganz individuell, das Display des dem Anwender gehörenden Gerätes zur Anzeige genutzt werden, einerseits zur Vermittlung visueller Stimuli, andererseits aber auch zur optischen Information, zur Aufrechterhaltung der Vigilanz, zur Unterhaltung, Ablenkung, etc.In an embodiment as smartphone glasses, the display of the device belonging to the user can also be used for the display, on the one hand to convey visual stimuli, but on the other hand also for optical information, to maintain vigilance, for entertainment, distraction, etc.

Ein Tablet T kommt, neben seiner Verwendbarkeit als Display, ebenfalls als zentrale Steuer- und Kontrolleinheit in Betracht. Dadurch ist die komplette Intelligenz des Systems vor Ort integriert.In addition to being usable as a display, a tablet T can also be used as a central control and monitoring unit. As a result, the complete intelligence of the system is integrated on site.

Gleiches gilt für ein Smartphone.The same applies to a smartphone.

Mittels darauf installierter Apps wird das System autark von sonstigen externen Komponenten. Hinzu kommen noch weitere Vorteile: Das Smartphone kann, gegen fremde Zugriffe geschützt, historische Daten seines Besitzers aus vorangegangenen EEG-Sitzungen speichern und diese unmittelbar mit aktuell neu erfassten Daten vergleichen und daraus valide Schlüsse ziehen. Ferner kann ein EEG-„BrainPrint“, sobald dieser einmalig zertifiziert erstellt wurde, als personenbezogener fälschungssicherer Ausweis dienen. Dieser Ausweis könnte auch zusammen mit einem aktuell aufgezeichneten EEG-Testergebnis für ein geprüftes Testat verwendet werden.With the apps installed on it, the system becomes self-sufficient from other external components. There are also other advantages: Protected against unauthorized access, the smartphone can save its owner's historical data from previous EEG sessions and compare this directly with newly recorded data and draw valid conclusions from it. Furthermore, an EEG "BrainPrint" can serve as a personal, forgery-proof ID card as soon as it has been created with one-time certification. This ID could also be used in conjunction with a currently recorded EEG test result for a verified attestation.

Die Brille, genauer, der komplette Brillen-Aufsatz, kann mit abschirmenden Materialien versehen werden. Dazu dient bspw. auch eine Scheibe aus transparentem EMV-Glas, die sich zwischen den Geräten und dem Gesichtsfeld des Trägers befindet.The glasses, more precisely, the complete glasses attachment, can be provided with shielding materials. A pane of transparent EMC glass, for example, is used for this purpose, which is located between the devices and the field of vision of the wearer.

Im Brillen-Aufsatz kann ebenfalls weitere Sensorik integriert sein, bspw. für die Registrierung von Augenbewegungen, die bei der Artefakt-Entstehung in EEG-Aufzeichnungen eine große Rolle spielen.Additional sensors can also be integrated in the glasses attachment, e.g. for registering eye movements, which play a major role in the creation of artifacts in EEG recordings.

Für die Durchführung von EEG-Sitzungen mit olfaktorischen Stimuli besteht die Möglichkeit, ein externes Olfaktometer an das System anzuschließen. Alternativ kann der Aufsatz auch um entsprechende Hard- und Software ergänzt werden.An external olfactometer can be connected to the system for conducting EEG sessions with olfactory stimuli. Alternatively, the attachment can also be supplemented with appropriate hardware and software.

Kartuschen (Patronen/Behälter), die an der Rückseite des Aufsatzes fixiert sind und bei Bedarf ausgewechselt werden können, gibt es in verschiedenen Ausführungen. Sie enthalten die eingesetzten Riechstoffe, die olfaktorische Stimuli auslösen, also bspw. H₂S und/oder PEA, und, falls als „Kontrollstoff“ gewünscht, auch CO₂. Der stetige Luftfluss wird durch Druckluft unterstützt, die sich in einer weiteren Kartusche befindet, oder er kann bei Bedarf auch durch einen Luftstrom erzeugt werden, der via Schlauchanschluss von einem Ventilator oder Gebläse zugeliefert wird.Cartridges (cartridges/containers), which are fixed to the back of the attachment and can be replaced if necessary, are available in different versions. They contain the fragrances used that trigger olfactory stimuli, for example H ₂ S and/or PEA, and, if desired as a "control substance", also CO ₂ . The constant flow of air is supported by compressed air, which is located in another cartridge, or, if required, it can also be generated by an air flow that is supplied via a hose connection from a fan or blower.

Duftstoffe und Luft werden vermischt und gelangen in Luft/Duftstoff-Zuführungen LDZ, die in oder an den (seitlichen) Helmsegmenten verlaufen und in die Nasenöffnungen münden.Fragrances and air are mixed and get into air/fragrance feeds LDZ, which run in or on the (lateral) helmet segments and open into the nostrils.

Die zentrale Steuereinheit (in der „Brille“) regelt die zeitlichen und mengenmäßigen Anteile der Riechstoffe über ebenfalls am Helm angebrachte Aktoren A₁, z.B. in Form von Magnetventilen.The central control unit (in the “glasses”) regulates the temporal and quantitative proportions of the fragrances via actuators A ₁ also attached to the helmet, eg in the form of solenoid valves.

Wie bei allen andern Komponenten des Systems sind auch die Kartuschen, Luft/Duftstoff-Zuführungen, Aktoren etc. inklusive ihrer Verkabelung so ausgelegt und eingebaut, dass durch sie keine störenden Beeinflussungen bei der EEG-Erfassung entstehen.As with all other components of the system, the cartridges, air/fragrance supplies, actuators, etc., including their cabling, are designed and installed in such a way that they do not interfere with EEG recording.

So wird bspw. potenziellen elektromagnetischen Einflüssen durch abschirmende Materialien begegnet, und mechanische Geräusche, z. B. Schließgeräusche von Magnetventilen, werden durch die Kopfhörer gedämmt oder überspielt.For example, potential electromagnetic influences are counteracted by shielding materials, and mechanical noises, e.g. B. Closing noises from solenoid valves are dampened or played over by the headphones.

Das System ist ein Baukasten, aus dem je nach geplanter EEG-Anwendung die dazu erforderlichen Komponenten zusammengefügt werden, bspw. durch leicht lösbare Steck-, Schraub-, Click- oder Magnetverbindungen.The system is a modular system from which, depending on the planned EEG application, the necessary components are assembled, e.g. with easily detachable plug, screw, click or magnet connections.

Der Baukasten stellt nicht nur ein technisches Gerät dar, er besteht auch in einem Verfahren zur störungsfreien reproduzierbaren Erzeugung und Erfassung sowie zur integrierten Analyse und Archivierung multisensorischer EEG-Daten. Dies wird nachfolgend erläutert anhand fingierter EEG-Szenarien.The kit not only represents a technical device, it also consists of a method for trouble-free, reproducible generation and recording as well as for the integrated analysis and archiving of multisensory EEG data. This is explained below using fictitious EEG scenarios.

Zu Beginn einer Sitzung bzw. bei erstmaliger Anwendung wird ein zur Person passender Helm bestimmt. Handelt es sich um eine Erst-Anwendung, wird ein Helm entsprechend der Kopf- bzw. Hut-Größe gewählt. Dann werden die Elektrodenpositionen nach einem standardisierten System eingestellt, überprüft und ggf. angepasst. Wurden die Elektrodenpositionen bei einer früheren Anwendung als „Kopfabdruck“ bereits gespeichert, können diese Einstellungen sofort wieder vorgenommen werden. Besitzt die Person einen individuellen Helm, erübrigen sich die Anpassungsschritte.At the beginning of a session or when using it for the first time, a helmet that fits the person is determined. If it is a first-time application, a helmet is chosen according to the size of the head or hat. Then the electrode positions are set, checked and adjusted if necessary according to a standardized system. If the electrode positions were already saved as a "head impression" during a previous application, these settings can be made again immediately. If the person has an individual helmet, the adjustment steps are unnecessary.

Eine Softwarekomponente - die entweder im Helm-Chip integriert ist, auf die über eine Schnittstelle (kabelgebunden oder kabellos) zugegriffen wird oder die bspw. als App auf dem Smartphone installiert wurde - kann die Positionen der Elektroden sowie die Qualitäten der empfangenen EEG-Signale überprüfen. Erforderliche Nachjustierungen der Elektroden können aufgrund der leichten Zugänglichkeit einfach bzw. sogar eigenhändig vorgenommen werden.A software component - either integrated into the helmet chip, accessed via an interface (wired or wireless) or installed as an app on a smartphone, for example - can check the positions of the electrodes and the quality of the EEG signals received . Necessary readjustments of the electrodes can be carried out easily or even by hand due to the easy accessibility.

Die Durchführung eines Ruhe-EEGs, eines Schlaf-EEGs oder eines „mobilen EEGs“ (bei dem die Person sich frei bewegen kann) erfordert außer dem Helm keine weiteren Komponenten. Die erfassten EEG-Signale werden auf dem Helm-Chip gespeichert, über eine Schnittstelle auf ein externes Speichermedium (Laptop, PC, etc.) übertragen oder intern (auf Tablet bzw. Smartphone) gespeichert.Performing a resting EEG, a sleep EEG, or a “mobile EEG” (where the subject can move freely) requires no other components apart from the helmet. The recorded EEG signals are stored on the helmet chip, transferred to an external storage medium (laptop, PC, etc.) via an interface, or stored internally (on a tablet or smartphone).

Eine Analyse oder Weiterverarbeitung kann parallel zur Erfassung erfolgen (extern auf Laptop, PC, etc., intern auf Tablet bzw. Smartphone) oder aber auch zeitversetzt zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt.An analysis or further processing can take place parallel to the recording (externally on a laptop, PC, etc., internally on a tablet or smartphone) or at a later point in time.

Für die Aufzeichnung, die Vorverarbeitung (Pre-Processing) sowie die Analyse und ggf. Weiterverarbeitung der EEG-Daten gibt es eine Fülle, teilweise frei verfügbarer (Open Source) Software, so bei MathWorks (de.mathworks.com), speziell in der Matlab-Toolbox (sccn.ucsd.edu/eeglab), bei OpenBCI (openbci.com), bei LETSWAVE (letswave.org) oder bei NOCIONS (nocions.org), um nur einige zu nennen. Dazu bieten die Software-Pakete auch eine breite Palette an speziellen, für EEG-Analysen geeignete Verarbeitungsverfahren an: (Standard) Averaging Methods; Time-Frequency Analysis (TFA), with Fourier/Wavelet- Transforms; Artifact Rejection; Blind Source Separation (BSS); Spatio-Temporal Filtering; Independent Component Analysis (ICA); etc.For the recording, the pre-processing (pre-processing) as well as the analysis and, if necessary, further processing of the EEG data, there is an abundance of software, some of which is freely available (open source), such as MathWorks (de.mathworks.com), especially in the Matlab Toolbox (sccn.ucsd.edu/eeglab), OpenBCI (openbci.com), LETSWAVE (letswave.org) or NOCIONS (nocions.org), to name just a few. The software packages also offer a wide range of special processing methods suitable for EEG analyses: (standard) averaging methods; Time-Frequency Analysis (TFA), with Fourier/Wavelet-Transforms; artifact rejection; Blind Source Separation (BSS); space-temporal filtering; Independent Component Analysis (ICA); Etc.

Zu diesen Verarbeitungsverfahren zählen insbesondere die Frequenz-Amplituden-Methoden.These processing methods include, in particular, the frequency-amplitude methods.

Mit der Hinzunahme von Kopfhörern als weitere Komponente ist eine integrierte Durchführung von EEG-Sitzungen möglich. Durch auditorische Stimuli, die auf den Anwender einwirken, werden entsprechende Potenziale generiert, die dabei erfassten EEG-Signale werden dann analysiert, ggf. weiterverarbeitet und/oder archiviert. Analog zu den oben geschilderten Möglichkeiten kann die Generierung der akustischen Reize via Helm-Chip, extern von einem Laptop, PC, etc. gesteuert oder intern vom integrierten Tablet bzw. Smartphone ausgelöst erfolgen. Für die Analyse der resultierenden EEG-Daten gilt ebenfalls das bereits aufgeführte.With the addition of headphones as an additional component, an integrated implementation of EEG sessions is possible. Corresponding potentials are generated by auditory stimuli that affect the user, the recorded EEG signals are then analyzed, possibly further processed and/or archived. Analogously to the options described above, the generation of the acoustic stimuli can be triggered via helmet chip, externally controlled by a laptop, PC, etc. or internally by the integrated tablet or smartphone. The above also applies to the analysis of the resulting EEG data.

Vorteile der integrierten Lösung liegen speziell darin, dass keine weiteren Geräte benötigt werden und die gewünschte Reizdarbietung damit eindeutig wahrgenommen wird, insbesondere auch aufgrund der Abschottung gegen fremde, unerwünschte akustische Einwirkungen.The advantages of the integrated solution are, in particular, that no additional devices are required and the desired presentation of the stimulus is clearly perceived, in particular due to the isolation from external, unwanted acoustic influences.

Aus der Fülle der Verarbeitungsverfahren für die EEG-Ergebnisse seien hier auch noch die Zeit-Frequenz-Amplituden-Methoden ausgewählt.The time-frequency-amplitude methods are also selected here from the abundance of processing methods for the EEG results.

Eine „Brille“ (virtuelle Brille, VR-Brille, Smartphone-Brille, ...), die an der Vorderseite des Helmes fixiert ist, kann das System um eine weitere Komponente ergänzen. Durch ein darin eingestecktes Tablet, Display oder Smartphone wird die „Brille“ zur zentralen Steuereinheit des Systems und erfüllt mehrere Funktionen. Sie schirmt den Anwender gegen unerwünschte äußere Umgebungseinflüsse optisch ab, sie ermöglicht zudem erforderliche Informationen „schriftlich“ mitzuteilen, sie kann verwendet werden, um einen Anwender zur Aufrechterhaltung der Vigilanz bspw. mit einem Videospiel zu unterhalten - und sie kann visuelle Stimuli präsentieren, um dadurch initiierte Potenziale generieren sowie darauf basierende EEG-Analysen durchzuführen zu können."Glasses" (virtual glasses, VR glasses, smartphone glasses, ...), which are fixed to the front of the helmet, can add another component to the system. With a tablet, display or smartphone plugged into it, the "glasses" become the central control unit of the system and fulfill several functions. It optically shields the user from unwanted external environmental influences, it also enables necessary information to be communicated "in writing", it can be used to entertain a user with a video game, for example, to maintain vigilance - and it can present visual stimuli to thereby To be able to generate initiated potentials and carry out EEG analyzes based on them.

Zu diesen „sichtbaren“ Funktionen kommen weitere unsichtbare hinzu. Die „Brille“, bzw. das Smartphone, ermöglicht mittels entsprechender Software (Apps) die Steuerung und Kontrolle des kompletten Verlaufs eines EEG-Prozesses, in den auch andere Komponenten involviert sein können, wie dies bei „synästhetischen Sitzungen“ der Fall ist, bei denen unterschiedliche Stimuli optischer, akustischer oder olfaktorischer Art auftreten. Dabei verwaltet die „Brille“ insbesondere auch die Aufzeichnung, Auswertung, Archivierung und ggf. Präsentation der entstehenden Sitzungsergebnisse, wobei ggf. auch die wechselseitigen Abhängigkeiten der verschiedenen Stimuli (optisch, akustisch, olfaktorisch, ...) gezeigt werden.In addition to these "visible" functions, there are other invisible ones. The "glasses" or the smartphone, using the appropriate software (apps), enables the control and monitoring of the entire course of an EEG process, in which other components can also be involved, as is the case with "synesthetic sessions". which different stimuli of a visual, acoustic or olfactory nature occur. In particular, the "glasses" also manage the recording, evaluation, archiving and, if necessary, presentation of the resulting session results, whereby the mutual dependencies of the various stimuli (optical, acoustic, olfactory, ...) are also shown if necessary.

Von großem Vorteil ist dabei, dass alle erfassten Daten auf dem persönlichen Smartphone verbleiben und - als ein zusätzlicher Vorteil - bei nachfolgenden, weiteren Sitzungen jederzeit als Vergleichsdaten herangezogen werden können. Die dadurch möglichen zeitlichen Verlaufskontrollen können in vielen Fällen die Aussagekraft aktueller Ergebnisse zumindest erhöhen.It is of great advantage that all recorded data remain on the personal smartphone and - as an additional advantage - can be used as comparative data at any time in subsequent, further sessions. In many cases, the temporal follow-up controls that are possible as a result can at least increase the informative value of current results.

Die Durchführung von EEG-Sitzungen, bei denen die Reaktionen der Anwender auf olfaktorische Stimuli untersucht werden, sind hinsichtlich benötigter Gerätekomponenten und zu steuernder Abläufe am komplexesten, im Vergleich zu den anderen, bereits vorgestellten Verfahren.The implementation of EEG sessions, in which the reactions of the users to olfactory stimuli are examined, are required in terms of device components and controllable Processes the most complex compared to the other methods already presented.

Über die am bzw. im Helm befindlichen Luft/Duftstoff-Zuführungen werden einem ständigen Luftstrom die jeweiligen Duftstoffe programmgesteuert zugefügt und zu der/den Nasenöffnung(en) geleitet. Die technische Vorgehensweise bei der Messung des Augen-Innendruckes kann hier als Anhaltspunkt dienen.The respective fragrances are added under program control to a constant flow of air via the air/fragrance supply systems located on or in the helmet and directed to the nostril(s). The technical procedure for measuring the intraocular pressure can serve as a guide here.

Die Versorgung des Systems mit dem Luftstrom und den Duftstoffen kann über ein (speziell vereinfachtes, also modifiziertes) Olfaktometer oder über am Helm integrierte Luft/Gas-Kartuschen erfolgen, die bspw. an der Rückseite angebracht sind, und so u. A. auch als physisches „Gegengewicht“ zur Brille fungieren.The supply of the system with the air flow and the fragrances can take place via a (specially simplified, i.e. modified) olfactometer or via air/gas cartridges integrated into the helmet, which are attached, for example, to the back, and so, among other things, also as act as a physical "counterbalance" to the glasses.

Bevorzugt sind es drei Kartuschen. Eine steht als Luftspeicher unter Druck, zwei zusätzliche enthalten beispielhaft benannte Geruchsstoffe. (Vgl. Absatz [83]: Verwendete Geruchssubstanzen.)There are preferably three cartridges. One is pressurized as an air reservoir, two additional contain odorous substances named as examples. (See paragraph [83]: Odor substances used.)

Die Kartuschen werden von einer (technischen) Steuereinheit T über funktionell eigenständige Aktoren A₁ (auch Stellorgane) angesprochen, welche ebenfalls im bzw. am Aufsatz integriert sind. Eine der unter Druck stehenden Kartuschen liefert angefeuchtete Luft, eine andere gibt einen ersten Duftstoff und die weitere einen zweiten Duftstoff in die Strömung als Stimulus für den Anwender.The cartridges are addressed by a (technical) control unit T via functionally independent actuators _A1 (also adjusting elements), which are also integrated in or on the attachment. One of the pressurized cartridges delivers humidified air, another delivers a first fragrance and the other a second fragrance into the flow as a stimulus to the user.

Freigegeben wird jede der Strömungen von jeweils einem Stellorgan, insgesamt gesteuert von der Steuereinheit, die als Hard- bzw. Software eine Komponente der Brille sein kann.Each of the flows is released by a respective actuator, controlled overall by the control unit, which can be a hardware or software component of the glasses.

Diese Steuereinheit kann bei der Durchführung von EEG-Sitzungen mit olfaktorischen Stimuli eine tragende Rolle spielen. Sie steuert und verfolgt den kompletten Ablauf der einzelnen Verfahrensschritte, insbesondere steuert bzw. triggert sie die Luft- bzw. Duft-Ströme, sie zeichnet die resultierenden EEG-Signale auf, sie speichert diese intern oder überträgt sie drahtlos oder via Kabel auf ein externes Medium.This control unit can play a key role in conducting EEG sessions with olfactory stimuli. It controls and follows the entire process of the individual process steps, in particular it controls or triggers the air or scent flows, it records the resulting EEG signals, stores them internally or transmits them wirelessly or via cable to an external medium .

Eine weitere Software-Komponente bedient sich dieser (technischen) Steuereinheit bei der Ausführung verschiedener Szenarien (Abfolgen einzelner Verfahrensschritte) und bei der Analyse der resultierenden EEG-Signale.Another software component uses this (technical) control unit when executing various scenarios (sequences of individual procedural steps) and when analyzing the resulting EEG signals.

Referenzen ...

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9. Brichetti K, Mechsner F Synästhesie. Leib - Raum / Architektur. Jg.18 | Heft 31 | 2013. ISBN 1430-8363
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11. Herczeg M Einführung in die Medieninformatik. Oldenbourg Wissenschaftsverlag; 2007.
12. Sensorisches Marketing https://de.wikipedia.org/wiki/Sensorisches_Marketing

Credentials ...

1. Hummel T, Klimek L, Welge-Lussen A, Wolfensberger G, Gudziol H, Renner B, and Kobal G Chemosensory evoked potentials for clinical diagnosis of olfactory disorders. Ent 48:481-485, 2000.
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5. Gudziol H, Schubert M, and Hummel T. Decreased trigeminal sensitivity in anosmia. ORL J Otorhinolaryngol Relat Spec 63: 72 to 75, 2001 .
6. Hummel T, Knecht M, and Kobal G Peripherally obtained electrophysiological responses to olfactory stimulation in man: electroolfactograms exhibit a smaller degree of desensitization compared with subjective intensity estimates. Brain res 717: 160-164, 1996 .
7. Husner A, Frasnelli J, Welge-Lussen A, Reiss G, Zahnert T, and Hummel T Loss of trigeminal sensitivity reduces olfactory function. Laryngoscope 116: 1520 to 1522, 2006 .
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10. Mareike C, Preiss C Art with all senses. Multimodality in contemporary media art. transcript Verlag, Bielefeld. 2021
11. Herczeg M Introduction to Media Informatics. Oldenbourg scientific publisher; 2007
12. Sensory Marketing https://de.wikipedia.org/wiki/Sensory_Marketing

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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent Literature Cited

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Hummel T, Klimek L, Welge-Lussen A, Wolfensberger G, Gudziol H, Renner B, and Kobal G Chemosensory evoked potentials for clinical diagnosis of olfactory disorders. Hno 48:481-485, 2000. [0158]
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Break B.M. and Krauel K. Chemosensory event-related potentials (CSERP) as a key to the psychology of odors. Int J Psychophysiol 36: 105-122, 2000 [0158]
Bensafi M, Frasnelli J, Reden J, and Hummel T. The neural representation of odor is modulated by the presence of a trigeminal stimulus during odor encoding. Clin Neurophysiol 118: 696-701, 2007 [0158]
Gudziol H, Schubert M, and Hummel T. Decreased trigeminal sensitivity in anosmia. ORL J Otorhinolaryngol Relat Spec 63: 72 to 75, 2001 [0158]
Hummel T, Knecht M, and Kobal G Peripherally obtained electrophysiological responses to olfactory stimulation in man: electroolfactograms exhibit a smaller degree of desensitization compared with subjective intensity estimates. Brain res 717: 160-164, 1996 [0158]
Husner A, Frasnelli J, Welge-Lussen A, Reiss G, Zahnert T, and Hummel T Loss of trigeminal sensitivity reduces olfactory function. Laryngoscope 116: 1520 to 1522, 2006 [0158]

Claims

Attachment for a person's head, for coupling two or more physically separate modalities of perception, in particular in connection with (or the) sense of smell; the materials of the attachment shield against external electromagnetic interference fields, the attachment is coupled to a first control unit (T) and to electrodes (E ₁ to E ₄ ) for recording brain currents or brain potentials, which electrodes connect to the first control unit (T )to lead; wherein the first control unit (T) has a microprocessor which is able to record signals from or from the electrodes (E ₁ to E ₄ ) in relation to time via an AD converter; wherein the first control unit (T) is coupled to an actuator (A ₁ ) or controls it, which is capable of releasing a fragrance as a stimulus in a flow in pulses from at least one pressurized cartridge (K ₁ ) (LDZ ₁ ); wherein the first control unit (T) has a microprocessor which repeatedly controls such a stimulus with regard to start time, stimulus edge, stimulus concentration and stimulus duration according to predetermined clocking; wherein the fragrance is suitable for generating a chemosensory event-related potential by triggering a specific olfactory or trigeminal irritation; wherein the signals of the electrodes (E ₁ to E ₄ ) have a level of EEG signals in order to record a group of chemosensory-caused potentials or at least their chemosensory-influenced temporal sections in a time-related manner ( 2 , 3 ) and - preferably not on the human head - to evaluate.

essay after claim 1 , The electrodes being arranged in a 10/20 distribution on the attachment, so that when the attachment is placed on the head of the person, brain currents or brain potentials are tapped or can be tapped there and can be fed to the AD converter and the microprocessor.

Attachment according to one of the preceding claims, wherein two earlobe electrodes (A1, A2) are arranged laterally on the attachment to create one or two reference potentials for the other electrodes and the reference potential-defined detection of the EEG signals from the person as a subject or test person .

Attachment according to one of the preceding claims, wherein the control unit (T) is coupled to an olfactometer and controls it, in particular on a modified olfactometer integrated in the attachment.

Attachment according to one of the preceding claims, wherein the control unit (T) triggers a sensory stimulus that is embedded in an air flow, which stimulus is fed pulsed into the air flow in a time window of less than 250 msec with a fragrance or odorant, the slope of the rise of the stimulus edge is designed in such a way that at least 66% of the stimulus concentration is reached within 20 msec.

Attachment according to one of the preceding claims, in particular claim 5 wherein the stimulations with an odorant arise at intervals of more than 30 seconds, in particular less than 45 seconds, and the stimulations are repeated at least 8 times, preferably ten times, in a given time interval of 480 seconds ± 12%.

Attachment according to one of the preceding claims, wherein an actuator (A ₁ ) is provided as a control element which is controlled by the control unit (T) and causes an air flow with a flow volume of more than 5 l/min.

An attachment as claimed in any one of the preceding claims locally coupled to a monitor on which information is displayed which the person with the attachment is to follow during the measurement.

Essay after one of Claims 1 until 7 , coupled with virtual glasses that display information that the person with the attachment follows.

Attachment according to one of the preceding claims, which is a helmet, in particular similar to a bicycle helmet, in which in particular the electrodes (E ₁ to E ₄ ) in a respective helmet segment holder can be moved, in particular rotated or pushed, in the direction of the head surface to a sufficient extent to have contact with the head surface, in particular to be able to be displayed on a display by a test component of a control program in the microprocessor; or the electrodes (E ₁ to E ₄ ) are arranged in a respective helmet segment holder with pretension; or with helmet segments of the helmet, in which an electrically conductive material is incorporated, for shielding against external electromagnetic interference fields (at least one).

Essay after one of Claims 7 until 10 , wherein the actuator (A ₁ ) is connected to a piece of tubing that is able to conduct the air flow released by the actuator.

Essay after one of Claims 1 until 11 , wherein the microprocessor has software that is configured to carry out the execution of different test scenarios - as sequences of test steps.

essay after claim 12 , wherein the software is configured to carry out a check, in particular of the contacts, for correctness at the beginning of a session or measurement.

Essay based on one of the previous ones Claims 12 or 13 , wherein the software is configured to control a respective technical component, in particular air flow, randomized fragrance flow stimuli, preferably to show associated concentration elements, distraction images or films on a display, in particular to generate an acoustic distraction.

essay after claim 12 , where the software is configured to acquire resulting EEG signals as time series.

essay after claim 12 , whereby the software separates event-related potentials from the background noise by summing derived stimulus-synchronous EEG sections (“averaging method”), preferably at least 8 to 10 sections.

essay after claim 12 , The microprocessor software calculates transformed data, eg FFT, extracts relevant variables such as minima, maxima, amplitudes, time periods, and/or compares threshold values or makes categorizations.

essay after claim 12 , The software of the microprocessor being designed to access reference data, in particular general data on stimulus-adequate reactions, or individual data, such as available archive data of the user carrying the essay.

essay after Claim 17 , whereby the software combines these values with temperature values that are also recorded.

essay after Claim 17 , the software being designed to carry out target/actual comparisons with regard to observed vs. referenced data.

Process for the interference-free, reproducible generation and acquisition as well as for the integrated analysis and archiving of multi-sensory EEG data, in particular the olfactory-related signal partitions of an EEG to support the perception of sensory stimuli through co-excited processing centers of a sensory organ in the brain when another organ is stimulated.

procedure after Claim 21 , detectable with the attachment according to one of the Claims 1 until 20 and for no medical use or therapeutic application.

Use or usability of the essay according to one of Claims 1 until 19 for use in synesthesia or perceiving sensory stimuli or recalling memories, assisting in learning or remembering, smelling colors, or learning while sleeping.

Attachment for a person's head, the materials of the attachment shield against external electromagnetic interference fields, the attachment is coupled to a control unit (T), virtual glasses and headphones (cf. 1 ), and with electrodes (E ₁ to E ₄ ) in a respective helmet segment holder for recording brain currents or brain potentials, which electrodes lead to the first control unit (T); wherein the first control unit has a microprocessor capable of recording time-related signals from or from the electrodes (E ₁ to E ₄ ) via an AD converter; wherein the first control unit (T) is coupled to an actuator (A ₁ ) which is capable of releasing a humidified air flow from a pressurized first cartridge (K ₁ ) and separately feeding a pulsed fragrance into the air flow as a stimulus is able; wherein the first control unit (T) has a microprocessor which repeatedly controls such a stimulus with regard to start time, stimulus edge, stimulus concentration and stimulus duration according to predetermined clocking; wherein the fragrance is suitable for generating a chemosensory event-related potential by triggering a specific olfactory or trigeminal irritation; wherein the signals of the electrodes have a level of EEG signals in order to record a group of chemosensory-caused potentials or at least their chemosensory-influenced temporal sections in a time-related manner ( 2 , 3 ) and evaluate it - preferably not on the human head.

essay after Claim 24 , wherein the control unit (T) is designed to trigger a sensory stimulus that is embedded in an air flow, which stimulus can be fed pulsed into the air flow in a time window of less than 250 msec with a fragrance or odorant, the steepness of the rise in the The stimulus flank is designed in such a way that at least 66% of the stimulus concentration is reached within 20 msec.

essay after Claim 24 or 25 wherein the stimulations with an odorant arise at intervals of more than 30 seconds, in particular less than 45 seconds, and the stimulations are repeated at least 8 times.

essay after Claim 24 or 25 , whereby the software of the microprocessor separates event-related potentials from the background noise by summing derived stimulus-synchronous EEG sections (“averaging method”).

Essay based on one of the previous ones claims 24 or 25 , wherein the control unit (T) is coupled to an olfactometer and controls it.

Essay after one of Claim 24 until 28 , whereby the control unit (T) is coupled to a modified olfactometer integrated in the attachment.