DE3854131T2

DE3854131T2 - Gerät zum umsetzen des eeg's in musik.

Info

Publication number: DE3854131T2
Application number: DE3854131T
Authority: DE
Inventors: Joel Knispel; Geoffrey Wright
Original assignee: Neurosonics Inc
Current assignee: Neurosonics Inc
Priority date: 1988-08-17
Filing date: 1988-08-17
Publication date: 1996-03-14
Anticipated expiration: 2008-08-18
Also published as: EP0432152A4; EP0432152A1; EP0432152B1; DE3854131D1; CA1322026C

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft das allgemeine Gebiet der Psychoakustik, welches zum Zweck der vorliegenden Amneldung definiert wird als die neuropsychologische Antwort des Gehirns auf Musik. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Übersetzen eines elektroenzephalografischen (EEG-)Signals in spezifisch konstruierte Musik, zum Rückkoppeln der Musik zu einem solchen ausgewählten Bereich des Gehirns über das Ohr, aus welchem das EEG- Signal generiert wurde, um eine große Vielfalt psychologischer und physiologischer Zustände zu induzieren und zu steuern. Die Erfindung verwendet einen neuen Typ von Biorückkopplungs-Musik. Die die Generierung dieser Biorückkopplung steuernden Grundprinzipien sind bislang unter der Bezeichnung Neuroakustik bekannt.

2. Beschreibung des einschlägigen Kenntnisstands

Das menschliche Gehirn zeigt periodische elektrische Aktivität, auch als Gehirnwellen bekannt, auf dem Mikrovolt-Pegel in diskreten Frequenzbereichen. Diese Gehirnwellenaktivität wurde traditionell gemäß der Frequenz folgendermaßen gruppiert: Alphawellen liegen in dem Frequenzbereich von 8 bis 13 Hz, Betawellen liegen im Frequenzbereich von 13 bis 28 Hz, und Thetawellen liegen im Frequenzbereich von 4 bis 8 Hz. Außerdem liefert das Gehirn Deltawellen während des Schlafs, die gekennzeichnet sind durch eine relativ hohe Amplitude bei sehr niedriger Frequenz von typischerweise weniger als einer vollständigen Periode pro Sekunde. Betawellen haben eine relativ niedrige Amplitude und entsprechen einem hohen Pegel an Gefühlsregung und Angst. Bekanntlich erzeugt das Gehirn vornehmlich dann Alphawellen, wenn sich eine Person im Zustand der Ruhe und Entspannung empfindet. Thetawellen werden häufig in Verbindung mit dem Vor-Schlaf-Stadium, traumähnlichen Gedanken und visueller Vorstellungskraft gebracht.
Es ist ebenfalls bekannt, daß EEG-Aktivität, Muskelaktivität und andere physiologische Messungen durch "Biofeedback" modifiziert werden können. Konventionelle Biorückkopplung beinhaltet das Umwandeln gewisser meßbarer physiologischer Aktivität einer Person in ein Rückkopplungssignal, welches einen hörbaren oder sichtbaren Reiz enthält. Das Rückkopplungssignal liefert der Person eine Anzeige über ihre physiologische Aktivität. Ein Typ von Biorückkopplungsvorrichtung wandelt Alphawellen in einen hörbaren Ton mit einer Lautstärke oder einer Tonhöhe um, die dem mittleren Pegel der Alphawellenaktivität entspricht. Einige Personen können ihren inneren Gefühlszustand ändern und entspannen, indem sie lernen, das Rückkopplungssignal zu ändern.
Allerdings besitzt herkömmliche Biorückkopplung gut bekannte Beschränkungen. Die meisten Personen benötigen mehrere Sitzungen mit einem geschulten Therapeuten, um zu lernen, ihre Gehirnwellenaktivität ansprechend auf das Rückkopplungssignal einzustellen. Biorückkopplung kann ermüdend und langweilig sein, wenn das Rückkopplungssignal keine interessierenden oder erfreulichen Qualitäten besitzt. Einige Studien haben herausgefunden, daß konventionelle Biorückkopplung eine solche mechanische Routine darstellt, daß das Rückkopplungssignal keinen Effekt zeitigt, wenn nicht ein Therapeut vorhanden ist, um der Erfahrung zusätzlichen emotionellen Inhalt und Richtung hinzuzufügen.
Das Rückkopplungssignal zeigt normalerweise lediglich ein zeitliches Mittel der relevanten physiologischen Aktivität an. Als solches liefert die herkömmliche Biorückkopplung eine Informationsstrecke, über die das Gehirn der physiologischen Aktivität bewußt gewahr wird. Allerdings hat das Rückkopplungssignal keine direkte Einwirkung auf die laufende physiologische Aktivität und kann deshalb nicht eine wirkliche kybernetische Echtzeit-Rückkopplungsschleife bilden. Die US-Patente 3 978 847 und 4 031 884 von Fehmi et al offenbart einen mehrkanaligen, phasenintegrierenden Biorückkopplungs-Rechner, der ein Rückkopplungssignal in Form eines Tons generiert, dessen Lautstärke mit der Zunahme und der Verringerung der Spannung in nachfolgenden Zyklen eines Gehirnwellenzugs, beispielsweise einem Alphawellen-Burst, ansteigt und abfällt. Der Therapeut oder die den Biorückkopplungs-Rechner benutzende Person kann ein Phasenschiebernetzwerk einstellen, um die Phase des Rückkopplungssignals in Relation zu der Gehirnwellenaktivität des Anwenders entsprechend der persönlichen Erfahrung und persönlichen Präferenz zu verschieben. Allerdings scheint dieses Rückkopplungssignal die Gehirnwellenaktivität nicht aktiv zu fördern, und dies tut auch nicht der Rückkopplungston mit musikalischem oder emotionellem Inhalt. Damit ist die exakte Phasenbeziehung des Rückkopplungssignals zu der Gehirnwellenaktivität nicht spezifiziert und scheint auch nicht für das richtige Funktionieren des Biorückkopplungs-Rechners kritisch zu sein.
Es wurden unterschiedliche Vorgehensweisen vorgeschlagen, um Unzulänglichkeiten der herkömmlichen Biorückkopplung zu überwinden. Ein Verfahren zum Fördern der Entspannung besteht darin, vorab aufgezeichnete komplexe Töne oder Farben zu spielen, die wenigstens nicht langweilig und möglicherweise sogar psychologisch erquicklich sind. Die vorab aufgezeichneten Töne oder Farben können, müssen aber nicht durch irgendeine gemessene physiologische Größe gesteuert werden. Allerdings übermittelt die Rückkopplung keine gerade ablaufende physiologische Aktivität, noch ruft die Rückkopplung eine physiologische Antwort hervor oder verstärkt eine solche. Statt dessen bleibt das Rückkopplungssignal lediglich eine Lernhilfe, die es einer Person ermöglicht, das Einstellen ihrer physiologischen Aktivität zu erlernen.
Komponisten wie David Rosenboom und Alvin Lucier haben EEG-Signale in musikalische Kompositionen eingebaut. Diese Bemühungen haben Musik geliefert, die vom ästhetischen Standpunkt her interessant ist. Die EEG-Signale werden von Elektroden erhalten, die am Schädel angebracht sind ohne Berücksichtigung der physiologischen Bedeutung des Gehirnbereichs, welcher die EEG-Aktivität produziert. Deshalb ist es nicht überraschend, daß diese Musik-Komponisten weder eine physiologische Echtzeit-Rückkopplungsschleife noch eine Arbeitsmethodik zum Erreichen eines solchen Ziels gewonnen haben.
Thomas Mullholland und Bernard Turskey haben konventionelle Biorückkopplung deshalb kritisiert, weil das Biorückkopplungs-Signal ausschließlich Lerninformation übermittelt. Sie fordern, daß das Biorückkopplungssignal Grundprinzipien der Ingenieurarbeit und der Kybernetik beinhalten soll. Insbesondere sollte das Rückkopplungssignal mehrdimensional sein und Information über zahlreiche Merkmale der interessierenden physiologischen Antwort enthalten. Außerdem sollte die Rückfiihrung des Rückkopplungssignal zu dem biologischen Ursprungssystem in der Weise gesteuert werden, daß eine gewünschte physiologische Antwort direkt angeregt und verstärkt wird. Diese Kritik der konventionellen Rückkopplung wird gerne aufgegriffen. Allerdings kann keine bekannte Biorückkopplungsvorrichtung eine physiologische Antwort anregen, die mit den von Mullholland und Turskey vorgeschlagenen Verfahrenszielen übereinstimmen.
Neurophysiologen wissen, wie man Nervenaktivität im menschlichen Gehirn unter Einsatz äußerer Reize anregt. Schall ist deshalb ein besonders nützlicher Reiz, weil viel von der Gehirnrinde für akustische Anregung empfindlich ist. Umfangreiche Nervenaktivität kann als Antwort auf eine Vielfalt von Tönen angeregt werden. Beispielsweise ist das Großhirnrinden-Elektroenzephalogramm besonders ansprechempfindlich auf punktierte Töne, wie sie zum Beispiel von einer Trommel oder einer Glocke erzeugt werden. Das Phänomen des "gewecktes Potentials" nutzt punktierte Töne, um das Gehirn periodisch anzuregen. Schließlich spricht das Gehirn dadurch auf die Stimulation an, daß es Gehirnwellenaktivität mit der gleichen Frequenz wie der Reiz erzeugt. Der punktierte Ton "treibt" das Gehirn dazu an, Gehirnwellenaktivität bei der Frequenz zu produzieren, die von dem Neurophysiologen ausgewählt wird. In einigen Fällen wird ein Blitzlicht als alternative Reizform oder als Zusatz zu der akustischen Stimulierung eingesetzt.
Die mit dem geweckten Potential in Verbindung stehende physiologische Reizung wird unerfreulich, wenn sie über eine Zeitspanne hinweg fortgesetzt wird. Tatsächlich wird eine gewecktes-Potential-Sitzung dann besonders unerfreulich, wenn nicht interessante, regelmäßig auftretende Reize dazu benutzt werden, das EEG bei einer speziellen Frequenz synchron zu treiben. Diese ungünstige psychologische Reaktion erscheint zumindest teilweise das Ergebnis der Unfähigkeit des Gehirns zu sein, den äußeren Reiz zu steuern.
Musiker wissen, wie man Schall eine Form, Inhalt und Richtung in der Weise verleiht, daß er für einen Zuhörer sowohl interessant als auch emotional anregend ist. Solche Töne werden üblicherweise als Musik bezeichnet. Die Fähigkeit von Musik, eine gefühlsmäßige Reaktion hervorzurufen, ist seit vielen Jahrhunderten in Kulturen der ganzen Welt bekannt. Allerdings haben Psychologen und Musiker erst in jüngerer Zeit damit begonnen, die Prinzipien zu codifizieren, welche die gefühlsmäßige Antwort auf Musik beherrschen, oder diese Kenntnis mit neu entwickelten Verfahren prüziser Musiksynthese zu nutzen.
Musik wurde typischerweise nicht dazu eingesetzt, gesteuerte Reaktionen im Gehirn zu wecken, noch wurde das von herkömmlichen Biorückkopplungsvorrichtungen erzeugte Rückkopplungssignal spezifisch in musikalischer Form ausgestaltet. Dies ist deshalb überraschend, weil Musiker wissen, wie man Schall dazu bringt, viele Bedeutungsebenen zu transportieren. Die Kunst muß erst noch die Nützlichkeit von Musik schätzen lernen, spezielle, auswählbare Formen von Nervenaktivität anzuregen. Dieser Mangel beruht zumindest teilweise auf einer erkannten Verschiedenartigkeit der Ziele zwischen den Gebieten der Musik und der Psychophysiologie. Darüber hinaus haben die Grundprinzipien, welche die einzigartigen neurologischen, physiologischen und emotionalen Wirkungen beherrschen, die Musik hervorrufen kann, wenn sie systematisch in einer kybernetischen Fchtzeit-Biorückkopplungsschleife eingesetzt werden, in der Fachwelt keinen Vorrang.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Übersetzen eines andauernden EEG-Signals von einer ausgewählten Stelle an dem Schädel in elektrische Signale, welche Musiksynthesizer in Musik umwandeln. Das Gehirn empfängt die Musik-Rückkopplung nach deren Verzögerung um eine Zeitspanne, welche derart berechnet wird, daß die Musik eine spezifische oder gewünschte EEG-Aktivität in dem speziellen Bereich des Gehirns verstärkt, der durch den Ort der Aufzeichnungselektrode bestimmt wird. Darüber hinaus wird die Musik so konstruiert, daß sie psychoakustische und musikalische Eigenschaften besitzt, die das Gehirn dazu anregen, vorzugsweise einen speziellen Typ von EEG-Aktivität zu produzieren. Die physiologische Antwort des Gehirns auf die Rückkopplungs-Musik treibt aktiv die andauernde EEG- Aktivität in Resonanz mit der Musik, um eine physiologische Echtzeit- Rückkopplung zu bilden. Die musikalischen Qualitäten und die codierte physiologische Information des Rückkopplungssignals verstärken selektiv biologisch erzeugte Gehirnwellenaktivität. Der Typ der Gehirnwellenaktivität, die verstärkt wird kann - zusammen mit dem musikalischen Programm, gemäß dem sie codiert ist, dazu benutzt werden, gefühlsmäßige Zustände zu fördern, ohne daß zusätzliche Reize benötigt werden, beispielsweise die Anwesenheit eines Therapeuten. Beispielsweise läßt sich Alpha-Aktivität so verstärken, daß Entspannung hervorgerufen wird, indem lediglich auf musikalischem Weg die Alphaaktivität verstärkt wird, die von einer Elektrode gelesen wird, die sich an denjenigen Stellen des Schädels befindet, die nach der Nomenklatur der klinischen Neurologie mit CZ oder P3 bezeichnet werden. Beide Stellen, aber insbesondere CZ, werden bevorzugt.
Die Rückkopplungsmusik beinhaltet mindestens eine Stimme zum Aufzeichnen von Kortex-Höraktivität, die dem Echtzeitverlauf des EEG von Augenblick zu Augenblick folgt und verstärkt. Mindestens eine oder mehrere zusätzliche Musikstimmen liefern musikalischen Geschmack, welcher psychologischen sowie psychoakustischen Inhalts transportiert. Der Begriff musikalischer Geschmack bedeutet eine gewisse Komponente der Amplituden-Hüllkurve oder des harmonischen Spektrums der Rückkopplungsmusik, die sich von dem zum Übertragen der Augenblicksform der EEG verwendeten Schall unterscheidet und diesen ergänzt. Der musikalische Geschmack belebt die Rückkopplung und macht sie bei ausgedehnten Hörphasen zum Genuß. Die zusätzliche eine oder mehreren Stimmen sind mehr von den Konturen des andauernden EEG- Signals abgeleitet, sind aber dennoch psychoakustisch in Bezug auf den Typ der verstärkten EEG-Aktivität korrekt. Der Begriff psychoakustisch korrekt in Verbindung mit akustischen Reizen bedeutet im vorliegenden Zusammenhang Musik, die nach Maßgabe der Prinzipien der Psychoakustik, der Musiktheorie, der Musiklehre und der Gefühlspsychologie von Musik derart formuliert ist, daß eine gewünschte physiologische Antwort in der Resonanz-Rückkopplungsschleife erzeugt wird. In dieser Weise formuliert, liefert die Rückkopplungsmusik den emotionalen Gehalt, der normalerweise durch einen Therapeuten bei einer konventionellen Biorückkopplung geliefert wird, darüber hinaus auch Lerninformation, die eine in der Resonanz-Rückkopplung befindliche Person in die Lage versetzt, ihre Gehirnwellenmuster steuern zu lernen.
Auf dieser sehr grundlegenden Stufe stellt die vorliegende Erfindung eine Biorückkopplungsvorrichtung dar, welche physiologische Echtzeitinformation dem Gehirn in einem musikalischen Kontext zuführt. Die Resonanzschleife sollte mindestens zwei Informationsstufen beinhalten. Die erste Stufe umfaßt physiologische Information über die momentanen Schwingungen des andauernden EEG-Signals. Die physiologische Information kann transportiert werden durch Frequenzmodulation eines Tons oder eines Akkords mit dem andauernden EEG-Signal, so daß die Tonhöhe des Tons sich im Verhältnis zu der Amplitude des andauernden EEG-Signals ändert. Die rückgekoppelten periodischen Frequenzänderungen machen dem Gehirn seine andauernde Gehirnwellenaktivität bewußt und verstärken aktiv deren Kontinuität, wenn nicht das Ziel darin besteht, die Aktivität dadurch zu hemmen, daß die Phasenbeziehung des Rückkopplungssignals so eingestellt wird, daß eine auslöschende Interferenz verursacht wird. Die zweite Informationsstufe ist musikalischer Geschmack. Der musikalische Geschmack kann unabhängig generierte, pseudozufällige Klangfarbenmodulation beinhalten. Vorzugsweise jedoch handelt es sich bei dem musikalischen Geschmack auch um einen psychoakustisch korrekten Ton, der von der andauernden Gehirnwellenaktivität abgeleitet ist, beispielsweise um Klangfarbenmodulation, die dadurch gebildet wird, daß man einen Obertontusch mit dem andauernden EEG-Signal moduliert.
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet musikalische Rückkopplung, welche vier gesonderte Musikstimmen umfaßt, die die physiologische Rückkopplungsschleife bilden und aufrechterhalten. Die vier Stimmen bilden eine Hierarchie der EEG-Analyse. Eine erste musikalische Stimme wird gebildet, indem ein Tonakkord mit dem andauernden EEG-Signal frequenzmoduliert wird, um dem Gehirn den zeitlichen Verlauf des EEG zu vermittelt. Eine zweite Musikstimme extrahiert und verstärkt spezifische Merkmale der andauernden EEG-Aktivität. Die zweite Stimme kann einen punktierten Ton aufweisen, der ansprechend auf ein Hauptmerkmal des EEG erzeugt wird, beispielsweise einen Zacken (lokale Amplitudenmaxima) in einer Gehirnwelle. Der punktierte Schall hat eine Wirkung auf das Gehirn, die analog ist zu einer konventionellen geweckten Potentialantwort, unterscheidet sich davon aber dadurch, daß er direkt von dem Gehirn gesteuert wird, damit lediglich die natürlich auftretende EEG-Aktivität verstärkt wird. Eine dritte Stimme verwendet Klangfarbenmodulation, um die relative Häufigkeit des Auftretens eines speziellen Merkmals des andauernden EEG-Signals anzugeben. Die dritte Stimme liefert dadurch mehr abgeleitete physiologische Information, daß die oberen Oktaven eines unabhängig erzeugten Tonakkordsignals mit einem Obertonzug moduliert wird. Jeder Obertonzug hält während einer Zeitspanne an, die größer ist als die fragliche Gehirnwellenaktivitäts-Periode, so daß die Klangfarbenmodulation während eines Bursts der Gehirnwellenaktivität heller erscheint. Die Klangfarbenmodulation beinhaltet damit eine gewisse Ähnlichkeit mit der natürlich auftretenden EEG-Aktivität auch dann, wenn sie von deren momentanem Profil mehr abgeleitet ist. Eine vierte Stimme transportiert physiologische Information, indem eine Notenfolge ansprechend darauf, daß die Amplitude des andauernden EEG-Signals vorbestimmte Pegel überschreitet und in Phase mit der Klangfarbenmodulation ist, verlangsamt und erneut ausgelöst wird.
Die Wechselwirkung zwischen der ersten, der zweiten, der dritten und der vierten Stimme schafft eine mehrtönige Musik, in der die vier Stimmen dynamisch in Wechselwirkung treten mit dem sich ändernden physiologischen Zustand der Person, die das andauernde EEG-Signal erzeugt. Die vierte Stimme enthält eine Sequenz, die in rascher Aufeinanderfolge eine Reihe von Noten durchläuft. Die Geschwindigkeit, mit der der Folgenbildner eine zyklische Wiederholung macht, und die Dauer einer Periode, nehmen in Relation zu der Amplitude des andauernden EEG-Signals ab. Der Folgenbildner spricht auf vorbestimmte Schwellenwerte der Amplitude des andauernden EEG-Signals an. Damit beginnt der Folgenbildner mit der Verringerung seiner Wiederholgeschwindigkeit nicht eher, als bis die Amplitude des andauernden EEG- Signals einen ersten Schwellenwert übersteigt. Der Folgenbildner startet seine Folge immer dann wieder, wenn die Amplitude des andauernden EEG-Signals einen zweiten, höheren Schwellenwert übersteigt. Die dritte Stimme, der Obertonzug, klingt lediglich ansprechend darauf an, daß das andauernde EEG-Signal den ersten Schwellenwert übersteigt. Die Amplitude der Klangfarbenmodulation, die durch den Obertonzug erzeugt wird, steht in Beziehung zu der Anzahl der Häufigkeit, mit der ein vorbestimmtes, interessierendes Merkmal des andauernden EEG-Signals auftritt. Die zweite Stimme, der stellenweise Glockenton, kiingt nur dann an, wenn die Amplitude des andauernden EEG-Signals den ersten Schwellenwert überschreitet. Die Tonhöhe der Glocke ist proportional zur Amplitude des andauernden EEG-Signals. Die erste Stimme ist ein sich kontinuierlich ändernder, frequenzmodulierter Tonakkord. Die vier Stimmen ergeben somit in der Kombination den Rückkopplungssignal- Musikgeschmack in Form eines reichen, sich konstant ändernden musikalischen Musters, welches psychologisch ein Genuß und psychoakustisch korrekt ist im Hinblick auf das physiologische Phänomen, welches durch die Resonanzschleife getrieben wird.
Das Rückkopplungssignal übermittelt psychoakustische Information an das Gehirn über eine musikalische "Sprache" auf der Grundlage der vier Musikstimmen, welche eine Mehrton-Hierarchie wahrnehmbarer Bedeutung bilden. Von einer Stimme, die sich einem Hörer leicht mitteilt, sagt man, sie stelle den Vordergrund der Musik dar. Eine weniger in Erscheinung tretende Stimme, die aber noch wahrnehmbar ist, wird als Mittelgrundstimme angesprochen. Eine Stimme, die nicht leicht innerhalb des Wahrnehmungsbereichs erfaßbar ist, wird als Hintergrundstimme bezeichnet. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Folgenbildner eine Vordergrundstimme bei Fehlen signifrkanter EEG-Aktivität. Überschreitet aber die Amplitude des andauernden EEG-Signals den ersten Schwellenwert, sinkt die Bedeutung des Folgenbildners in die Mittelgrundzone, wo sie sich mit den Klängen von Glocken und Klangfarbenmodulation trifft. Der Folgenbildner fällt in den Hintergrund ab, während sich die Glocken in den Vordergrund schieben, wenn die Amplitude des andauernden EEG-Signals noch weiter zunimmt. Die Klangfarbenmodulation bleibt eine Mittelgrundstirnme und folgt dem Glockenklang als "Geister"-Klang, welcher der Rückkopplungsmusik einen natürlichen harmonischen Gehalt hinzufügt. Der frequenzmodulierte Tonakkord bleibt im Hintergrund des Wahrnehmungsbereichs in Form einer sich konstant ändernden, immer vorhandenen Stimme. Die Frequenzmodulation ist allerdings phasengekoppelt mit dem Glockenklang, so daß beide Stimmen die andauernde EEG-Aktivität in dem Gehirn verstärken.
Die Wahrnehmungshierarchie steht in Einklang mit den Elementen komplexer musikalischer Struktur, wie sie von Shenker, Lerdahl, Jackdoff und anderen entwickelt wurde. Allerdings hat die Musik einzigartige psychoakustische Eigenschaften. Das Gehirn spricht auf die Musik wie auf einen akustischen Reiz an, der die spezielle physiologische Aktivität in einer Echtzeit-Regelschleife verstärkt. Die musikalischen Attribute des Rückkopplungssignals bewahren die physiologische Information davor, entweder enervierend oder langweilend zu sein, und machen die Rückkopplung psychologisch emotionell für ausgedehntes Hören akzeptierbar. Gewürdigt werden muß außerdem, daß die vier musikalischen Stimmen, welche die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden, einen Kompromiß darstellen zwischen den häufig einander zuwiderlaufenden Erwägungen, die die Komposition von Musik und die Auswahl angemessener physiologischer Reize beherrschen, welche die notwendigen Erfordernisse für eine Echtzeit-Regelschleife erfüllen.
Der Charakter der Musikstimmen kann auch so eingestellt werden, daß er wünschenwerte phychologische und musikalische Information enthält. Beispielsweise können die durch den Folgenbildner generierten Noten in einem progressiv dissonanteren Muster abgestimmt sein. Die musikalische Qualität der akustischen Rückkopplung ist dann bei Fehlen eines gewünschten Typs von EEG-Aktivität dissonant, wird jedoch musikalisch konsonant, wenn mehr von dem gewünschten Typ an EEG-Aktivität produziert wird. Die in der Resonanz-Rückkopplung befindliche Person wird damit psychologisch mit konsonanter Musik belohnt für das Erzeugen der bevorzugten Form von EEG-Aktivität. Die Grundfrequenz der ersten Stimme läßt sich nach Maßgabe des individuellen Geschmacks variieren, um so den therapeutischen Effekt der Resonanzrückkopplung zu verstärken, indem die Musik attraktiver gestaltet wird. Beispielsweise berichten einige Wissenschaftler, daß Personen Musikeinstellungen bevorzugen, welche sich an den Frequenzbereich ihrer eigen Stimme annähern. Außerdem läßt sich der Glockenton ersetzen durch irgendeine Anzahl anderer punktierter Klänge, beispielsweise durch eine Trommel oder eine Harfe, je nach dem, wie es die Person bevorzugt.
Die vier Stimmen übermitteln einen komplexen Informationsreiz in dem Maße, in welchem die Person in den gewünschten Gehirzzustand eingetreten ist, so daß die Person lernen kann, ihre physiologische Aktivität zu ändern. Die bevorzugte Ausführungsform transportiert Lerninformation über langzeitige zeitlich gemittelte physiologische Aktivität über die Geschwindigkeit, die Neuauslösung und die erfaßte Gewichtigkeit der Notenfolge. Auch die anderen Stimmen tragen über ihre relative Aktivität und wahrnehmbare Bedeutung Information zum Lernen bei.
Wichtig für die vorliegende Erfindung ist, daß die Lerninformation und die psychologische Information nicht mit dem physiologischen Inhalt der Resonanz-Regelschleife interferieren müssen. Die physiologische Resonanzschleife verstärkt natürlich auftretende EEG-Aktivität so lange, wie mindestens einige der Musikstimmen psychoakustisch korrekt sind und die übrigen Musikstimmen nicht psychoakustisch in dem Sinne falsch sind, daß eine physiologische, psychologische oder psychoakustische Antwort produziert wird, die der physiologischen Resonanz-Aktivität zuwiderläuft. Der Notenfolgenbildner ist ein Beispiel für eine Musikstimme, die nur marginal direkte physiologische Information dadurch bereitstellt, daß erneut gestartet wird, wenn das andauernde EEG-Signal den zweiten Schwellenwert übersteigt. Dennoch ist der Notenfolgebildner nicht ihkonsistent mit physiologischer Resonanz, weil die Erzeugung jeder Note zu der momentanen Aktivität des andauernden EEG-Signals nicht in Beziehung steht und die Folge insgesamt nicht mit den anderen Stimmen interferiert. Indem man die Folge von Noten in einem dissonanten Muster anordnet, erhält man den zusätzlichen Vorteil, daß der Notenfolgenbildner eine im Sinne von anreizend psychologisch korrekte Stimme ebenso liefert, wie sie primärer Transporteur für Lerninformation ist.
Die musikalische Struktur des Rückkopplungssignals versetzt eine Person in die Lage, zu lernen, wie ihre EEG-Aktivität unter willentliche Beherrschung gebracht werden kann. Experimente haben gezeigt, daß Personen lernen können, ihre EEG-Aktivität in weniger als 6 Minuten einzustellen, was schneller ist, als es üblicherweise bei konventioneller Biorückkopplung beobachtet wurde. Tatsächlich wurde gezeigt, daß Personen ihre EEG-Aktivität so modifizieren können, daß musikalische Muster wiederholt werden. Diese Musikmuster sind komplexe Melodien, die für jede Person einzigartig sind. Dennoch bilden die Muster erkennbare Melodien, welche das die Musik erzeugende Individuum nach Wunsch wiederholen kann. Die durch das Rückkopplungssignal transportierte Lerninformation ermöglicht es Menschen, durch kognitive Störung Musik buchstäblich zu produzieren. Ferner könnten wiederholbare Musikmuster benutzt werden als Steuersignale für andere als Musikinstrumente. Die vorliegende Erfindung ist deshalb anwendbar auf das Gebiet der Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine.
Es sollte erkannt werden, daß das Rückkopplungssignal gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gleichzeitig zahlreiche Bedeutungsebenen durch die Resonanz-Echtzeitregelschleife transportiert. Die hierarchische Vorgehensweise bei der Bildung des Musik-Geschmacks liefert eine Grammatik, die dazu eingesetzt werden kann, eine emotionale Antwort gemäß den Prinzipien der Psychologie und Musiklehre hervorzurufen. Die Rückkopplungsmusik liefert emotionalen Gehalt in der Weise, wie er im Normalfall durch die Wechselwirkung zwischen Patient und Therapeut beim konventionellen Biofeedback geliefert wird.
Laboruntersuche haben gezeigt, daß die erfindungsgemäße Resonanz- Rückkopplung die Produktion von Alphawellenaktivität verstärkt im Vergleich zu Ruhe oder der gleichen Rückkopplungsmusik, die in der Weise abgespielt wird, daß sie nicht von der ablaufenden EEG-Aktivität abhängig ist. Ferner produziert eine Zunahme der Stärke der Resonanz- Rückkopplungsmusik mehr EEG-Aktivität des gewünschten Typs, nachdem der Pegel einen Schwellenwert von etwa 86 Dezibel bei vorhandenen Signal-Rausch-Abständen übersteigt. Die Wörter "Signal" und "Rauschen" bedeuten im vorliegenden Zusammenhang Schall, der nicht direkt mit der stattfindenden physiologischen Aktivität korreliert ist. Eine Zunahme der Lautstärke von nicht-abhängiger Rückkopplungsmusik sperrt vielmehr die Erzeugung der gewünschten EEG-Aktivität. Darüber hinaus kann die in der Regelschleife eingesetzte Zeitverzögerung die Produktion von Gehirnwellenaktivität dadurch maximieren, daß man die Frequenz, bei der das Gehirn einer Person am ehesten dazu neigt, die gewünschte EEG-Aktivität zu generieren, genau anpaßt. Die Frequenzmodulation, der Glockenklang, der Obertonzug und die Notenfolge umfassen die einzigen vier Stimmen, die sich in Laboruntersuchungen als die physiologische Resonanz fördernd erwiesen haben, während außerdem die gewünschte musikalische Form, der Inhalt und die Richtung in Verbindung mit der psychoakustisch korrekten Musik beibehalten wurden. Diese vier Musikstimmen wurden zu dem Zweck ausgewählt, Alphaaktivität zu erhöhen, um Entspannung hervorzurufen. Es wird angenommen, daß andere Klänge zusammengesetzt werden können, um sowohl dieses Ergebnis als auch andere physiologische und psychoakustische Ziele zu erreichen, indem man den Prinzipien der Neuroakustik folgt, die in dieser Anmeldung vorgestellt werden.
Die vorliegende Erfindung läßt sich realisieren mit Hilfe von Musik- Synthesizern, die Analog-Bauteile verwenden. Vorzugsweise kommt jedoch der Einsatz von digitaler EEG-Analyse und Klangsynthese in Betracht. Eine solche Realisierung hätte die Vorteile einer erhöhten Zuverlässigkeit und präzisen Einstellung von Ton-, Tonhöhen- und Verstärkungsparametern in automatischer Weise, wozu eine automatische Steuerung von Verzögerungszeiten und EEG-Merkmalsextraktion kommt. Diese Finessen sollten den Rauschabstand der Rückkopplungsmusik verringern und damit den Schwellenwert für den Einsatz der Resonanzrückkopplung senken. Ferner sollte die Aufgabe der Erzeugung psychoakustisch korrekter Töne durch digitale Ausführung stark vereinfacht werden, bedingt durch die Leichtigkeit, mit der Töne und EEG- Analyse mit Digital-Synthesizern entworfen, gespeichert und geprüft werden können.
Die vorliegende Erfindung weist zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten auf. Beispielsweise ist die musikalische Rückkopplung für sich genommen eine erfreuliche Form der Musik. Man kann der Musik zusätzliche Stimmen beigeben, entweder innerhalb oder außerhalb der Rückkopplungsschleife, um interessante Effekte zu erzeugen. Beispielsweise kann man ein Signal weißen Rauschens hinzugeben, um einen dramatischen donnerähnlichen Effekt hervorzurufen, wenn die Amplitude des andauernden EEG-Signals einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. Die Erfindung kann durch einen Klinikpsychologen dazu eingesetzt werden, verschiedene therapeutische Prozeduren zu vereinfachen, beispielsweise angeleitete Vorstellungen, indem man spezielle Gehirnzustände verstärkt oder hemmt. Ein Neurologe kann die vorliegende Erfindung einsetzen als musikalisch wohltuende Prüfung von Gehirnfunktionen, indem er in die Musik einen gesteuerten punktförmigen Reiz einbaut, um eine geweckte Potentialantwort zu generieren. Ein noch weiterer möglicher Einsatz für die Erfindung ist die Erzeugung einer Form von zwischenmenschlicher Kommunikation, bei der Musik ansprechend auf die kollektiv erzeugte Gehirnaktivität verschiedener Personen erzeugt wird. Zahlreiche weitere Anwendungsmöglichkeiten werden für möglich gehalten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm der Erfindung, wie sie in Verbindung mit einer Einzelperson verwendet wird;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer vereinfachten Schaltungsanordnung zur Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm, welches die Schritte der Signalverarbeitung zeigt, die in einer vereinfachten Ausführungsform der Erfindung, beispielsweise der Anordnung nach Fig. 2, verwendet werden;
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer Signalverarbeitungseinheit für die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm der Frequenzmodulationseinheit gemäß Fig. 4;
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm der in Fig. 4 gezeigten Glockeneinheit;
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm der in Fig. 4 gezeigten Obertonzug- Einheit;
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm der in Fig. 4 gezeigten Folgenbildnereinheit;
Fig. 9 ist ein Flußdiagramm der Signalverarbeitung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie sie in der in den Fig. 4 bis 8 dargestellten Signalverarbeitungseinheit verwendet wird;
Fig. 10 zeigt die Möglichkeit der vorliegenden Erfindung, Entspannung bei menschlichen Wesen hervorzurufen;
Fig. 11 veranschaulicht die Fähigkeit der erfindungsgemäßen Musikrückkopplung, erhöhte Alphaaktivität unter Verwendung einer physiologischen Resonanz-Regelschleife anzuregen;
Fig. 12 veranschaulicht den Schwellenwert, bei dem Alphaaktivität dadurch angeregt wird, daß man die Stärke eines akustischen Rückkopplungssignals im Resonanzbetrieb erhöht im Vergleich zum gleichen Musiktyp, wenn dieser ohne Abhängigkeit von der andauernden EEG-Aktivität abgespielt wird; und
Fig. 13 und 14 veranschaulichen, wie das Ausmaß der Alphawellenaktivität dadurch maximiert werden kann, daß man die in der Resonanzregelschleife verwendete Verzögerungszeit so einstellt, daß sie mit der Frequenz der Gehirnwellenaktivität übereinstimmt, für deren Erzeugung das Gehirn prädisponiert ist.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer vereinfachten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine vergoldete Grass-EEG-Becherelektrode 3 ist an die Kopfhaut einer Person 1 angelegt. Die Differenzaufzeichnungen können entweder monopolar oder bipolar erfolgen. Unter Verwendung der in der klinischen Neurologie üblichen Nomenklatur befindet sich die Elektrode 3 vorzugsweise an der Stelle CZ oder P3, um Alphaaktivität zu verstärken und Entspannung hervorzurufen. Andere Stellen an der Kopfhaut können dazu dienen, andere Gehirnzustände zu induzieren. Ein Elektroenzephalograph-(EEG-) Kanalkonditionierer 5 mit einem TM-503-Verstärker von Tektronix und einem Krohn-Hite-3700-Filter verstärkt das EEG 10.000 bis 50.000 mal und filtert das von der Elektrode 3 kommende elektrische Signal, um ein andauerndes EEG-Signal im Bereich von 0,5 Hz bis 35 Hz zu erzeugen, entsprechend der laufenden EEG-Aktivität im Gehirn der Person. Das andauernde EEG-Signal wird in einer durch eine Verzögerungsleitung 7 repräsentierten und im nachhinein detailliert diskutierten Verzögerungsleitung verzögert. Eine EEG-Analyseeinheit 5 stellt die wahrscheinlichste Zeit für die nächste interessierende Wellenform fest und stellt die Verzögerungszeit 7 dementsprechend ein. Ein EEG-Signal-Analyseprozessor 9 wandelt das andauernde EEG-Signal um in elektrische Signale, aus denen ein Tonsynthesizer 10 Musik erzeugen kann. Die Theorie und die Funktionsweise des Schallsynthesizers sind an einer anderen Stelle dieser Anmeldung beschrieben. Kopfhörer 11 empfangen Ausgangssignale von dem Schallsynthesizer 9 und richten eine akustische Anzeige des Rückkopplungssignals auf die Ohren der Person.
Die Verzögerungsleitung 7 verschiebt die Phase des periodischen Rückkopplungssignals derart, daß der akustische Reiz eine vorbestimmte Phasenbeziehung zu der andauernden EEG-Aktivität aufweist, die im Gehirn der Person 1 stattfindet. Folglich könnte eine Verzögerung auch irgendwo zwischen dem Sensor 3 und den Kopfhörern 11 erfolgen, beispielsweise in einer Digital-Verzögerung Yamaha SPX 90, welche zwischen den Schallsynthesizer und den Kopfhörern angeordnet ist. Um eine angemessene Phasenverschiebung hervorzurufen, muß die Verzögerungsleitung 7 die Zeit kompensieren, die das Gehirn zum Verarbeiten des Schalls benötigt, die Zeit, die zum Analysieren des EEK benötigt wird, die für den Schallsynthesizer benötigte Zeit, um tatsächlich den Schall zu erzeugen, die Zeit, die der Schall benötigt, um durch die Luft zu dem Hörer zu gelangen, und die ungefähre Zeitspanne bis zu der nächsten interessierenden EEG-Wellenform. Die Nervenleitzeit vom Ohr zum Hör-Kortex beim Menschen liegt im Bereich von 35 Millisekunden. Damit erfordert beispielsweise das Anregen einer Alphawellenaktivität mit einer typischen Zeitspanne von etwa 100 Millisekunden eine zusätzliche Verzögerung in der Verzögerungsleitung 7 von annähernd 65 Millisekunden, so daß der akustische Reiz etwa in Phase ist mit der nächsten Alphawelle und aktiv die biologisch hervorgerufene Alphaaktivität verstärkt. Eine Verzögerung von nur 15 Millisekunden in der Verzögerungsleitung 7 hingegen ergibt eine Gesamtverzögerung von 50 Millisekunden, so daß der akustische Reiz sich um 90º in der Phase bezüglich der Erzeugung der Alphawellenaktivität verschiebt. In diesem letztgenannten Fall kommt die akustische Rückkopplung wohl auslöschend mit der Entstehung von Alphawellenaktivität in Interferenz und ermöglicht dadurch die Erzeugung anderer Typen von EEG-Aktivität, die zu anderen Gehirnzuständen gehört. Andere Strategien zum Erzeugen auslöschender Interferenz stehen zur Verfügung, beispielsweise das Umkehren der Elektrodenpolarität.
Das Ausmaß der Phasenverschiebung in der Verzögerungsleitung 7 ändert sich mit dem Typ der zu messenden EEG-Aktivität, der Stelle der EEG-Aktivität, und abhängig davon, bis zu welchem Ausmaß der Benutzer wünscht, daß die Rückkopplung konstruktiv oder destruktiv mit der speziellen Form der Gehirnwellenaktivität interferiert. Die vorliegende Erfindung fördert oder hemmt selektiv die EEG-Aktivität, die zu unterschiedlichen Verhaltenszuständen und Bewußtseinszuständen wird, indem die Zeitspanne variiert wird, um die die akustische Rückkopplung verzögert wird.
Die EEG-Analyseeinheit 8 kann einen Analog-Digital-Wandler zum Umwandeln des EEG in ein digitales Signal und einen IBM-PC enthalten, der so programmiert ist, daß er eine Kreuzpunktanalyse des digitalisierten EEG-Signals vornimmt. Das Kreuzpunktanalyse-Programm kann das Zählen der Zeit beinhalten, die erforderlich ist, dainit jede Wellenform im andauernden EEG-Signal eine Grundlinie kreuzt, um anschließend die Anzahl von Wellenformen zu summieren, die innerhalb diskreter Frequenzbereiche auftreten. Der Frequenzbereich mit der größten Häufigkeit ist die bevorzugte oder typische Frequenz der Person. Die Verzögerungsleitung wird mit dem Kehrwert der bevorzugten oder typischen Frequenz eingestellt, um die Zeitspanne bis zur nächsten EEG-Wellenform anzunähern. Andere Typen der Analyse als die Kreuzpunktanalyse können verwendet werden, z.B. die FFT. Als bevorzugt wird angesehen, die Verzögerungsleitung auf der Grundlage von Augenblick zu Augenblick derart einzustellen, daß die Vorhersage-Ankunft der nächsten Gehirnwelle der Zeitspanne der vorausgehenden Gehirnwelle entspricht.
Ein in Fig. 1 dargestellter Lautsprecher 13 ist an den Ausgang des Schallsynthesizers 10 über einen Schalter 15 angeschlossen. Der Lautsprecher ermöglicht es zusätzlichen Personen, die akustische Abgabe seitens des Schallsynthesizers zu hören. Der Lautsprecher 13 kann die Kopfhörer 11 auch ersetzen, um die Person mit Rückkopplung zu versorgen, wenn die Verzögerungsleitung 7 so eingestellt wird, daß der längeren Zeitspanne Rechnung getragen wird, die der Schall braucht, um vom Lautsprecher zu der Person zu gelangen. Der Lautsprecher 13 und die Kopfhörer 11 sollten allerdings nicht gleichzeitig verwendet werden, wenn nicht Vorkehrungen getroffen sind, die verhindern, daß der akustische Output vom Lautsprecher und von den Kopfhörern miteinander interferieren. Außerdem kann die Ausgabe von dem Schallsynthesizer 10 oder irgendeinem anderen Element einer zusätzlichen Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt werden, beispielsweise eine Aufzeichnungsvorrichtung zum anschließenden Editieren, Verarbeiten oder Abspielen.
Man sollte erkennen, daß die vorliegende Erfindung sich von anderen Biorückkopplungsgeräten oder Geräten für gewecktes Potential dadurch unterscheidet, daß eine Reaktion mit einem akustischen Rückkopplungssignal aufgerufen wird, welches repräsentativ ist für die im eigenen Gehirn stattfindende EEG-Aktivität. Die akustische Rückkopplung bringt das Gehirn tatsächlich dazu, unmittelbar seiner laufenden EEG-Aktivität zu folgen. Darüber hinaus eignet sich die in dem akustischen Rückkopplungssignal codierte physiologische Information optimal dazu, Gehirnaktivität in gewünschter Weise hervorzurufen, weil die Antwort, welche die akustische Rückkopplung in dem Gehirn induziert, in Beziehung steht zu der andauernden EEG-Aktivität, die von dem Gehirn selbst produziert wird. Die Nützlichkeit der vorliegenden Erfindung hängt davon ab, den Rückkopplungstönen eine Form, einen Gehalt und eine Richtung zu geben, die ausreichend sind, um die gewünschte Antwort in der Person hervorzurufen. Untersuchungen haben gezeigt, daß eine nützliche Resonanz-Rückkopplung nicht erhalten werden kann, ohne daß man die physiologische Information in einem Musiktyp codiert, der gemäß den Grundprinzipien der Akustik, der Musiktheorie, der Musiklehre und der Gefühlpsychologie von Musik ausgestaltet ist, wie es in der vorliegenden Anmeldung erklärt ist.

Vereinfachtes Modell

Fig. 2 ist ein funktionelles Blockdiagramm eines verkürzten Modells zum Umwandeln des andauernden EEG-Signals in ein musikalisches Rückkopplungssignal gemäß der Erfindung. Die vereinfachte Vorrichtung schafft eine physiologische Resonanz mit einem Minimum an musikalischer Verarbeitung, und sie eignet sich besonders gut für einen raschen Aufbau und eine begrenzte Untersuchung. Die Verzögerungsleitung 7 ist zur Vereinfachung der Darstellung fortgelassen. Ein Tongenerator 23 enthält drei spannungsgesteuerte Oszillatoren (VCOs) 23a, 23b und 23c vom Typ Moog 921 B, welche Basisfrequenzen von 25 Hz, 115 Hz bzw. 225 Hz besitzen. Die 921-B-Oszillatoren erzeugen individuell ein Dreieckwellenausgangssignal. Eine Oszillatorsteuerung vom Typ Moog 921 A bestimmt die Frequenzhübe der VCOs im Verhältnis von einer um eine Oktave erhöhten Frequenz für eine Amplitudenzunahme um ein Volt in dem andauernden, von dem Konditionierer 5 kommenden EEG-Signal. Die Empfindlichkeit der VCOs läßt sich dadurch einstellen, daß man ein Spannungs-Verstärkungs/Däinpfungsglied vom Typ Moog CP3A an dem Eingang vom EEG-Signalkonditionierer 5 einfügt. Ein Moog-CP3A-Mischer 25 kombiniert das Ausgangssignal der drei VCOs im Verhältnis von 10:6:5, so daß das Ausgangssignal des Mischers 25 einen Akkordton zu erzeugen vermag.
Das Ausgangssignal des Mischers 25 liefert ein Eingangssignal an gesteuertes Tiefpaßfilter mit hoher Resonanzspannung (VCLPF) 27. Die Stärke der Spannung des von dem Signalkonditionierer 5 kommenden andauernden EEG-Signals moduliert das VCLPF 27 in der Weise, daß es die höheren Frequenzen der VCOs von dem Oszillator des Mischers 25 im Verhältnis zu der Amplitude des Spannungssignals moduliert. In anderen Worten: der VCLPF beliefert den Mischer 29 ansprechend auf stärkere EEG-Aktivität mit mehr von den höherfrequenzten Signalen. Ein Moog-CP3A-Mischer 29 kombiniert die Ausgangssignale von dem Mischer 25 und dem VCLPF 27 in Verhältnis 1:10. Das Ausgangssignal vom Mischer 29 wird umgesetzt in das akustische Rückkopplungssignal, und wird über Kopfhörer auf die Person gegeben, was in Fig. 2 nicht dargestellt ist. Damit besteht die musikalische Rückkopplung vornehmlich aus dem Obertonzug, der von dem VCLPF 27 erzeugt wird. Es sollte gesehen werden, daß die momentanen Schwingungen des EEG dadurch weiter akzentuiert werden, daß die Phasenbeziehung zwischen den VCOs 23 und dem VCLPF 27 derart beibehalten wird, daß die relative Stärke der höherfrequenten Töne zunimmt, wenn die Schwingungsfrequenzen der VCOs ansteigen.
Eine weitere Verfeinerung der Erfindung beinhaltet das Beigeben eines pseudozufälligen, sich zeitlich ändernden Signals über die VCLPF-Steuerleitung, um die Regelmässigkeit des auf elektronischem Weg erzeugten Schalls zu versetzen. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, kombiniert ein Moog- CP3A-Audiomischer 24 das Ausgangssignal der drei spannungsgesteuerten Moog-129 B-Oszillatoren, um aus dem Pseudozufallssignalgenerator 22 ein Ausgangssignal zu erzeugen. Die VCOs werden so eingestellt, daß sie unterschiedliche, relativ niedrige Schwingungsfrequenzen in der Größenordnung von 1 Hz haben. Der VCLPF 27 kombiniert die Steuersignale von dem Mischer 24 und dem EEG-Signalkonditionierer 5 im Verhältnis von 1:1.
Der VCLPF 27 gibt der Ausgangstonlage von dem Audiofrequenzgenerator 27 musikalischen Geschmack in der Form von Klangfarbenmodulation bei, so daß die musikalische Rückkopplung über längere Zeit mit mehr Genuß gehört werden kann. Das Modulieren der Klangfarbe im Verhältnis zu und in der Phase mit dem andauernden EEG-Signal liefert physiologische Information an den Zuhörer und ist daher wirksam beim Induzieren einer Resonanz-Rückkopplung. Das Pseudozufalls-Spannungssignal wirkt auf das Timbre oder die "Farbe" des Ausgangsschalls praktisch in der gleichen Weise ein wie dies ein Vibrator bei einem Instrument wie z.B. einer Violine tut. Das Pseudozufallssignal verleiht den raschen momentanen Schwingungen des Obertonzugs und dem frequenzmodulierten Akkordton eine ersichtlich angenehme rhythmische Zufälligkeit, um die Klangfarbenmodulation für den Zuhörer psychologisch erfreulich zu machen.
Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm der Signalverarbeitungsschritte, die in der Vorrichtung nach Fig. 2 ausgeführt werden. Das andauernde EEG-Signal bildet, nachdem es verstärkt und gefiltert wurde, ein Eingangssignal in einem Schritt 5, und es wird in Schritt 7 verzögert. Die Zeitverzögerung kann irgendwo an dem Signalverarbeitungsweg stattfinden und ist hier in Übereinstimmung mit Fig. 1 so dargestellt, daß sie bei dem Eingangssignal stattfindet. In einem Schritt für physiologischen Inhalt wird physiologische Information dadurch erzeugt, daß die momentanen Schwingungen des andauernden EEG-Signals umgewandelt werden in ein Signal, welches ein Audio-Lautsprecher in Schall umwandeln kann, auf den das Gehirn des Zuhörers anspricht. Aus psychoakustischen Gründen ist zu bevorzugen, wenn der Schritt für den physiologischen Gehalt eine Frequenzmodulation der Tonhöhe eines Tonakkords des Signalgenerators 33 ansprechend auf das andauernde EEG-Signal beinhaltet, weil das menschliche Gehirn mehr als dreißigmal empfindlicher auf Änderungen der Tonhöhe als auf Änderungen der Amplitude (Lautstärke) ist. Ein Teil des Ausgangs der Einheit 31 für physiologischen Gehalt beliefert einen Geschmacks-Schritt 37, der der Musik eine harmonische Grundlage hinzufügt, die für längeres Zuhören geeignet ist. Zusätzlicher Geschmack kann durch einen Pseudozufallssignalgenerator 32 bereitgestellt werden, oder das Pseudozufallssignal kann das einzige Eingangssignal im Schritt 37 dargestellt. Die Ausgangssignale von dem Geschmacksschritt 37 und dem Schritt 31 für physiologischen Gehalt werden im Schritt 39 gemischt, um im Schritt 40 ein Ausgangssignal zu bilden, das sich für die Umsetzung in ein musikalisches Rückkopplungssignal eignet.
Es sollte gesehen werden, daß die funktionellen Beiträge des in Fig. 3 gezeigten Flußdiagramms auf verschiedenen Wegen implementiert werden können, indem man viele verschiedene Einrichtungen verwendet, darunter Einrichtungen, die die Methoden der digitalen Klangsynthese verwenden, um gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung zu funktionieren.

Verbessertes Modell

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm für eine Analog-Realisierungsform der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Signalbus emplängt das andauernde EEG-Signal von dem EEG-Signalkonditionierer 5. Zum Vereinfachen der Darstellung wurde die Verzögerungsleitung 7 weggelassen. Eine Frequenzmodulationseinheit 410, eine Glockeneinheit 420, eine Obertonzug-Einheit 430 und eine Folgenbildnereinheit 440 wandeln das andauernde EEG-Dignal auf den Bus 6 in vier Signale um, die mit im Stand der Technik bekannten Mitteln, beispielsweise einem in Fig. 4 nicht dargestellten Tascam-M512- Mischer, gemischt und in vier Musikstimmen umgesetzt werden.
Die Frequenzmodulationseinheit 410 erzeugt einen Tonakkord, der durch die Amplitudenschwankungen des laufenden EEG-Signals moduliert wird. Die FM-Einheit enthält drei phasenstarre spannungsgesteuerte Oszillatoren, die miteinander verknüpft sind, um eine erwünschte harmonische Beziehung zu den anderen Stimmen zu bilden. Die Frequenzmodulationseinheit liefert physiologische Information in der Form einer augenblicklichen akustischen Rückkopplung, die dem Amplitudenverlauf des laufenden EEG-Signals auf der Leitung 6 entspricht, sowie einen harmonischen Hintergrund für den komplexen musikalischen Überbau, der von den anderen drei Musikstimmen erzeugt wird.
Die Glockeneinheit 420 erzeugt eine zweite Stimme in der Form eines punktierten akustischen Impulses, beispielsweise des Tons einer angeschlagenen Glocke. Die Glockeneinheit empfängt zwei Steuersignaleingaben bei 420a und 42b, um die Amplitude bzw. die Tonhöhe des Glockentons zu steuern, in den ihr Ausgangssignal schließlich umgesetzt wird. Das Auftreten des Glockentons bestimmt sich in Relation zu der Spannungsamplitude des andauernden EEG-Signals. Wenn das EEG- Signal einen ersten Schwellenwert übersteigt, liefert ein erster Schwellenwertdetektor 421, beispielsweise ein Moog-912-Schmitt- Trigger, ein Spannungssteuersignal an eine Abtast- und Halteeinheit 422 an einem Eingang 422a. Die Abtast- und Halteeinheit spricht auf das Spannungssteuersignal dadurch an, daß sie das ankommende EEG-Signal abtastet und einen Tongenerator in der Glockeneinheit 420 stimmt.
Das Spannungssteuersignal von dem ersten Schwellenwertdetektor 421 an die Abtast- und Halteeinheit 422 wird in einer Verzögerungsleitung 424 für eine Zeitspanne verzögert, welche die Zeit approximiert, die das andauernde EEG-Signal braucht, um bei einem lokalen Maximum zu gipfeln. Der Betrag der Verzögerungszeit ist ein empirisch ermittelter Parameter, der für jede Person berechnet wird und abhängt von dem Schwellenwert sowie der Frequenz und der Amplitude des laufenden EEG-Signals. Die Frequenz des von dem Tongenerator kommenden Tons ist proportional zur Stärke der Spannung am Steuereingang 422b entsprechend der relativen Momentanamplitude des laufenden EEG- Signals zu der Zeit, zu der die Abtast- und Halteeinheit ausgelöst wird. Damit ist die Tonhöhe des Tongenerators proportional zu der (ungefähren) Amplitude des laufenden EEG-Signals bei dem Zacken einer Gehirnwelle.
Das Ausgangssignal eines Hüllkurvengenerators 423 moduliert die Amplitude des Signals von der Glockeneinheit derart, daß es die Amplitudenhüllkurve einer Glocke annimmt. Wenn das EEG-Signal den ersten Schwellenwert nicht überschreitet, erzeugt die Glockeneinheit 420 kein Ausgangssignal, und es wird kein Glockenton erzeugt.
Die Obertonzug-Einheit 430 generiert ein Ausgangssignal, welches eine dritte Musikstimme für die musikalische Rückkopplung bildet. Die Obertonzug-Einheit enthält mehrere Tongeneratoren. Ein stark resonantes spannungsgesteuertes Tieftpaßfilter wird in Bezug auf das andauernde EEG-Signal derart moduliert, daß es höhere Frequenztöne ansprechend auf eine höhere Amplitude des laufenden EEG-Signals besser durchläßt. Der Obertonzug wird nur ansprechend darauf ausgelöst, daß die Amplitude des laufenden EEG-Signals den ersten Schwellenwert übersteigt, wie dies durch ein Signal von dem Hüllkurvengenerator 432 angegeben wird. Der Hüllkurvengenerator 432 ist mit einem langsamen Anstieg ausgestattet, so daß die maximale Klangfarbenmodulation nach dem Klang der Glocke stattfindet. Die Klangfarbenmodulation dient damit als ein "Geister"-Schall der Glocken, welcher der Musik des Rückkopplungssignals psychoakustisch korrekten Geschmack hinzufügt.
Darüber hinaus sperrt der Hüllkurvengenerator vorzugsweise nicht unmittelbar nach dem Abfall des andauernden EEG-Signals unter den ersten Schwellenwert vollständig. Diese Hysterese hat zur Folge, daß die Amplitude des Ausgangssignals des Hüllkurvengenerators ansteigt, wenn die Häufigkeit zunimmt, mit der Gehirnwellen eine Amplitude besitzen, die größer als der erste Schwellenwert ist. Damit erzeugt der Obertonzug ein Rückkopplungssignal, welches mehr von dem andauernden EEG- Signal abgeleitet ist, während dennoch eine gewisse Entsprechung mit der in dem EEG enthaltenen physiologischen Information beibehalten wird.
Das Ausgangssignal der Folgenbildnereinheit 440 bildet eine vierte Musikstimme für die musikalische Rückkopplung. Der Folgenbildner kann vierundzwanzig Noten in Folge erzeugen. Der Folgenbildner empfängt von dem andauernden EEG-Signal zwei Steuersignale. Ein Steuersignal, welches die Geschwindigkeit steuert, mit der der Folgenbildner seine Abfolge durchläuft, entspricht dem negativen Teil des Ausgangssignals des Hüllkurvengenerators 432, wozu dieses einen Negator 431 durchläuft. Der negative Anteil der Spannung des Signals von dem Hüllkurvengenerator 432 verlangsamt die Durchlaufgeschwindigkeit des Folgenbildners 440 im Verhältnis zu der Häufigkeit, mit der das laufende EEG-Signal den ersten Schwellenwert überschreitet. Ein zweiter Schwellenwertdetektor 441, beispielsweise ein Moog-9 12-Schmitt- Trigger, leitet ein zweites Steuersignal direkt von dem laufenden EEG- Signal ab. Der zweite Schwellenwert ist vorzugsweise auf einen höheren Spannungspegel eingestellt als der erste Schwellenwertdetektor 421. Das zweite Steuersignal setzt den Folgenbildner auf den Beginn seiner Notenfolge zurück. Damit verlangsamt sich der Folgenbildner also immer dann, wenn das laufende EEG-Signal den ersten Schwellenwert überschreitet, und startet immer dann erneut, wenn das laufende EEG-Signal den zweiten Schwellenwert überschreitet.
Fig. 5 ist ein detaillierteres funktionelles Blockdiagramm der Frequenzmodulationseinheit 410 gemäß Fig. 4. Eine Moog-CP3A-Verstärkungssteuereinheit 51 steuert die Amplitude des andauernden EEG-Signals von der Leitung 6, das auf eine Moog-921A-Schwingungssteuerung 53 gegeben wird. Die Schwingungssteuerung 53 erzeugt ein Ausgangssignal, welches die Schwingungsfrequenz von drei spannungsgesteuerten Oszillatoren 55a, 55b bzw. 55c des Typs Moog-921B steuert, die Grundfrequenzen von 75 Hz, 158 Hz bzw. 225 Hz besitzen. Die Ausgangssignale der Frequenzoszillatoren beinhalten reiche harmonische Strukturen, wie z.B. Dreieckwellenformen. Ein Moog-CP3A-Audiomischer 57 kombiniert die Ausgangssignale der VCOs im Verhältnis von 10:6:5, wie durch die Einstellungen an dem Moog-Mischer angegeben ist.
Fig. 6 zeigt ein detaillierteres funktionelles Blockdiagramm der Glockeneinheit 420 und der Abtast- und Halteeinheit 422 sowie des Hüllkurvengenerators 423 gemäß Fig. 4. Ein spannungsgesteuerter Verstärker 621 vom Typ Moog-902 führt das laufende EEG-Signal von der Leitung 6 an eine Moog-1528-Abtast- und Halteeinheit 422 aus Fig. 4. Die Abtast - und Halteeinheit wird ausgelöst durch einen ersten Schwellenwertdetektor 421, um eine Ausgangsspannung zu bilden, die proportional ist zu der Spannung des laufenden EEG-Signals von dem Signalbus 6. Nach dem Auslösen stellt die Abtast- und Halteeinheit 422 die Schwingungsfrequenz eines spannungsgesteuerten Oszillators 623 vom Typ Moog- 921 ein, der eine Mittenfrequenz von 10,7 kHz besitzt. Ein Spannungsgesteuerter Verstärker 625 vom Typ Moog-902 empfängt ein Eingangssignal von dem Spannungsoszillator 623 in Form einer Dreieckwelle. Ein Moog-911-Hüllkurvengenerator 423 moduliert die Amplitude des Spannungsausgangssignals des VCA 625 derart, daß die sich ergebende Audio-Ausgabe wie eine Glocke klingt, und kann daher Musik-Geschmack zu der sich ergebenden Audio-Ausgabe beisteuern. Der Hüllkurvengenerator erreicht die Maximalamplitude 4 Millisekunden nach dem Auflösen durch den Schwellenwertdetektor 421. Um den Glockenton und den FM-Ton in Phasenübereinstimmung zu bringen, sollte der FM-Schall um zusätzliche 4 Millisekunden verzögert werden, wobei diese Verzögerung beim Berechnen der Verzögerungszeit berücksichtigt werden sollte. Allerdings ist die FM-Einheit nicht als in der Weise verzögert dargestellt. Diese relativ kurze Anstiegszeit entspricht einer scharfen Anklingzeit, die charakteristisch für eine angeschlagene Glocke ist. Die Amplituden-Hüllkurve klingt dann nach 200 Millisekunden auf 60 % der maximalen Amplitude ab. Der Generator schaltet nach zusätzlichen 200 Millisekunden ab, so daß etwa das Klingen einer Glocke nachgeahmt wird.
Fig. 7 ist ein detaillierteres funktionelles Blockdiagramm einer Obertonzug-Einheit 430 gemäß Fig. 4. Ein Moog-CP3A-Audiomischer 73 mischt im Verhältnis von 10:3,5:5 die Dreieckwellen-Ausgangssignale der spannungsgesteuerten Moog-921-Oszillatoren 71a, 71b und 71c, die Grundfrequenzen von 75 Hz, 144 Hz bzw. 257 Hz besitzen. Ein spannungsgesteuertes Moog-904A-Tiefpaßfilter 75 gibt das Ausgangssignal des Audiomischers 73 auf den Hauptmischer, nachdem dessen Klangfarben-Spektralanteil von dem Hüllkurvengenerator 432 aus Fig. 4 moduliert wurde. Der Hüllkurvengenerator 432 erzeugt ein Ausgangssignal, welches den Maximalwert 500 Millisekunden nach dem Auflösen durch den Schwellenwert des Detektors 421 erreicht. Die Amphtude der Ausgangshüllkurve fällt dann in den nächsten 400 Millisekunden um 70 % des Spitzenwerts ab und hört nach weiteren 500 Millisekunden vollständig auf. Die Gesamt-Leitungszeit des Hüllkurvengenerators 432 beträgt daher mehr als die erwartete Dauer einer Alphawelle. Folglich steigt oder hält eine nachfolgende Alphawelle die maximale Amplitude des Steuersignals an oder hält diese, und sie hält die Amplitude des Obertonzugs oder steuert diese. Schließlich sperrt der Hüllkurvengenerator am Ende eines Alpha-Bursts.
Fig. 8 ist ein detafflierteres Blockdiagramm der Folgenbildnereinheit 440 aus Fig. 4. Das Ausgangssignal des Hüllkurvengenerators 432 wird von einem Invertierer 431 invertiert, wie in Fig. 4 zu sehen ist, um eine Moog-960-Ablauffolgentaktsteuerung 81 zu triggern, die ein Taktsignal an einen Sequenzgenerator 82 liefert. Der Sequenzgenerator besitzt drei Reihen mit jeweils acht Noten für insgesamt vierundzwanzig Noten. Der Sequenzgenerator durchläuft die vierundzwanzig Noten mit einer fixen Geschwindigkeit und moduliert einen Bode-1630-Grundwellenfrequenzverschieber 84, der die Frequenz des Rechteckwellen-Ausgangssignals von dem spannungsgesteuerten Moog-901B-Oszillator 83 verschiebt. Das Ausgangssignal des Frequenzschiebers 84 durchläuft einen spannungsgesteuerten Moog-902-Verstärker 85, der in seiner Amplitude durch das Ausgangssignal eines Moog-911-Hüllkurvengenerators 87 ansprechend auf ein von der Folgetaktsteuerung 81 kommendes Auslösesignal moduliert wird.
Die Durchlaufgeschwindigkeit des Sequenzgenerators 82 wird im Verhältnis zu der Amplitude eines Steuersignals von der Ablaufsteuerung 81 verringert, die proportional zu dem Spannungswert des Hüllkurvengenerator-Steuersignals vom ersten Schwellenwertdetektor 421 ist. Der Folgetaktgeber 81 triggert außerdem einen Hülikurvengenerator 87 über eine Schnittstelleneinheit 86 vom Typ Moog-961CP. Der Hüllkurvengenerator verleiht dem Ausgangssignal des Grundfrequenzschiebers 84 dadurch Musikgeschmack, daß die Ausgangs-Amplitudenhüllkurve so geändert wird, daß sie irgendeinem gewünschten Instrument entspricht.
Der Sequenzgenerator 82 enthält einen Moog-982-Folgeschalter, welcher drei Steuereingänge besitzt, um die Sequenzsteuerung für irgendeine der drei Spalten neu auszulösen. Das Ausgangssignal des Schwellenwertdetektors 441 benutzt eine Moog-961CP-Schnittstelle, um den Ausgabeschalter jedesmal dann auf die erste Reihe und den Sequenzgenerator auf die erste Spalte auszulösen, wenn das andauernde EEG-Signal den zweiten Schwellenwert überschreitet.
Fig. 9 ist ein Flußdiagramm der Signalverarbeitungsschritte, wie sie in der in den Fig. 4 bis 8 dargestellten Vorrichtung ausgeführt wird. Das laufende EEG-Signal, welches in einem Schritt 90 empfangen wird, speist eine Gruppe von Signalverarbeitungswegen, die von den Folgen der momentanen Änderungen des andauernden EEG-Signals bis zur Steuerung unabhängig erzeugter Klänge reicht. Verschiedene Zwischensignalverarbeitungswege entsprechen den spezifischen Merkmalen oder Eigenschaften des laufenden EEG-Signals in einer Art und Weise, die speziell so konstruiert ist, daß in das musikalische Rückkopplungssignal Mehrfachinformationswege eingebaut sind. Die Musik übermittelt damit eine Echtzeitanalyse des andauernden EEG-Signals in psychoakustisch korrekter Form, die die biologische Aktivität des Gehirns beeinflussen kann, wenn sie in einer Echtzeitig-Resonanzschleife eingesetzt wird.
Gemäß Fig. 9 wird die momentane Änderung des laufenden EEG- Signals in dem Schritt 91 übermittelt. Das bevorzugte Verfahren zum Angeben der momentanen Änderung ist die Frequenzmodulation eines Tonakkords mit dem laufenden EEG-Signal. Alternativ kann die Amplitude (Stärke) mit der Amplitude des laufenden EEG-Signals moduliert werden. Frequenzmodulation wird deshalb bevorzugt, weil der menschliche Hörapparat dreißigmal empfindlicher auf Frequenzänderungen ist. Das Ausgangssignal des Schritts 91 bildet ein Eingangssignal für einen Misch-Schritt 92. Diese erste Stufe der Signalverarbeitung liefert die frühestmögliche Angabe über die laufende EEG-Aktivität.
Eine weitere Stufe der EEG-Signalverarbeitung und der Analyse extrahiert Hauptmerkmale des EEG und verstärkt sie durch Schallbildung immer dann, wenn das EEG-Signal das vorbestirnmte Merkmal erzeugt, welches in einer Bedingungsprüfung 94 abgefragt wird. Bei Fehlen des interessierenden Merkmals wird kein Ausgangssignal erzeugt. Zum Verstärken der speziellen Merkmale könnte jeder von verschiedenen Tönen erzeugt werden. Allerdings ist kein Klang physiologisch absolut korrekt, wenn seine Anstiegszeit-Spitzenstärke die Dauer des EEG- Merkmals überschreitet, die verstärkt wird, weil ein Klang mit einer längeren Dauer den vorausgehenden Merkmalen die Möglichkeit bietet, spätere Auftritte desselben Merkmals zu verdecken. Beispielsweise erfordert das Verstärken jeder Spitze einer Alphaaktivität mit einer Frequenz von annähernd 10 Hz einen Klang mit einer Anstiegszeit von weniger als 100 Millisekunden. Der Klang einer Glocke, eines Glockenspiels oder einer Harfe wird deshalb bevorzugt, weil er eine ausreichend kurze Anstiegszeit hat und außerdem psychologisch musikalisch angenehm für den Hörer ist und damit der Rückkopplungsmusik musikalischen Geschmack beigibt.
Eine weitere Stufe der Signalanalyse und -Verarbeitung des laufenden EEG-Signals beinhaltet die Erzeugung einer Angabe über den laufenden Geschmack des andauernden EEG-Signals. Der laufende Geschmack läßt sich dadurch angeben, daß man im Schritt 97 einen Obertonzug ansprechend auf ein Merkmal wie z.B. eine Zacke des laufenden EEG-Signals erzeugt. Damit ändert das andauernde EEG den Musikgeschmack der Rückkopplungsmusik dadurch, daß es den harmonischen Anteil der Rückkopplung erhöht, wenn das laufende EEG-Signal zuerst die bevorzugte Aktivität hervorruft und dann damit fortfährt, mehr Grundwellen mit wiederholten Augenblicken der bevorzugten Aktivität durchzulassen. Der Obertonzug liefert eine mehr abgeleitete Angabe über die stattfindende physiologische Aktivität, da seine Erzeugung nicht dazu ausgebildet ist, eine unmittelbare Reaktion hervorzurufen. Dennoch ist der Obertonzug eine relevante Angabe über die stattfindende EEG-Aktivität und das Ausmaß der Erzeugung eines speziellen Typs von EEG-Aktivität.
Eine noch weitere Stufe der Signalanalyse und -Verarbeitung des andauernden EEG-Signals beinhaltet die Erzeugung einer Angabe über das zeitliche Mittel des Musikgeschmacks in einer Weise, die der konventionellen Biorückkopplung analog ist. Der zeitlich gemittelte Geschmack läßt sich angeben durch Modwizieren einer Folge von Noten im Schritt 98, abhängig von einer gewissen Eigenschaft des andauernden EEG- Signals, beispielsweise dessen relativer Amplitude. Ferner kann die Folge von Noten beträchtlichen musikalischen Geschmack zu dem akustischen Ausgangssignal unabhängig von dem laufenden EEG-Signal beitragen, damit die Rückkopplungsmusik für längere Zeitspannen psychologisch erfreulich wird.
Wie Fig. 9 zeigt, sprechen die Signalverarbeitungsstufen der Merkmalsextraktion, des laufenden Geschmacks und des mittleren Geschmacks sämtlich auf ein gemeinsames Merkmal des andauernden EEG-Signals an, welches in einem Abfrageschritt 94 festgestellt wird. Die Mehrfachinformationswege haben deshalb die Eigenschaft, daß sie dieselbe physiologische Aktivität auf unterschiedliche Weise auch dann verstärken, wenn sie von den momentanen Änderungen des andauernden EEG- Signals abgeleitet ist. Darüberhinaus kann zusätzlicher Musikgeschmack ansprechend auf weitere Merkmale des laufenden EEG-Signals beigegeben werden, wie durch den Abfragetest 99 angedeutet ist. Es sollte gesehen werden, daß der Musikgeschmack sowohl eine laufende physiologische Information als auch eine besser wahrnehmbare und erkennbare zeitlich gemittelte Lerninformation liefert, die eine Person in die Lage versetzt, ihre EEG-Aktivität beherrschen zu lernen.
Es wurde herausgefunden, daß besondere Nützlichkeit dadurch erhalten werden kann, daß man die Informationswege in musikalischer Form organisiert. Beispielsweise können die laufenden Musikgeschmack- und Merkmalsextraktions-Klänge und ein lang anhaltender Geschmacksklang dazu gebracht werden, als Gegenmelodien zueinander zu arbeiten, um der Rückkopplung eine musikalische Struktur zu verleihen. Die relative wahrnehmbare Bedeutung jeder Stimme kann derart geändert werden, daß die relative Stärke eines gewünschten Gehirnzustand angegeben wird, wie es in dem Abschnitt Offenbarung der Erfindung beschrieben ist.
Es sollte auch verstanden werden, daß die gemäß dem Ablaufdiagramm in Fig. 9 ausgeführten Signalverarbeitungsschritte mit verschiedenen Vorrichtungen realisiert werden können, darunter vorzugsweise eine Vorrichtung, die die Methoden digitaler Klangsynthese benutzt, um ein Gerät zu erhalten, welches in Einklang mit der erfindungsgemäßen Lehre arbeitet. Zahlreiche zusätzliche Musikstimmen können dem Ausgangssignal beigegeben werden. Zwischen den Musikstimmen können weitere musikalische Beziehungen eingerichtet werden, entweder permanent oder mit Hilfe sich zeitlich ändernder Mittel.

Alternative Ausführungsbeispiele

Eine Modifizierung der Ausführungsform nach Fig. 1 beinhaltet das Messen des andauernden EEG-Signals an zusätzlichen Stellen der Kopfhaut und das Modifizieren der akustischen Rückkopplung, um gleichzeitig das EEG an mehreren Stellen zu verstärken, oder um es an einer Stelle zu verstärken, während seine Erzeugung an einer anderen Stelle gehemmt wird. Beispielsweise wird daran gedacht, vorzugsweise Alphawellenaktivität an einer Elektrode an einer P3-Stelle zu verstärken, um physiologische Information, d.h. frequenzmodulierten Akkord- und Glockenklang auf das rechte Ohr zu geben, während auf das linke Ohr ein Obertonzug und eine Notensequenz gegeben werden. Beim dichotischen Hören wird die psychologische Reizung dadurch auf die linke Seite des Gehirns begrenzt, weil der mit dem rechten Ohr gehörte Ton die linke Gehirnhälfte stimuliert. Die rechte Seite des Gehirns ist damit frei für die Erzeugung weiterer Typen von EEG-Aktivität, beispielsweise von Betawellen. Die Literatur vermittelt, daß Alphaaktivität bei P3 mit entsprechender Betaaktivität im Schläfenlappen des rechten Gehirns einem Zustand der nach innen gerichteten Aufmerksamkeit bei positiver Gefühlsvorstellung entspricht. Darüber hinaus ist die rechte Gehirnhälfte besser in der Lage, die über den Notenfolgenbildner und den Obertonzug übermittelte Lerninformation holistisch zu verarbeiten und auf deren Änderung in der Musikstruktur anzusprechen.
Es sollte gesehen werden, daß die in den Fig. 2 und 4 dargestellten Signalverarbeitungsschritte mit digitalen Musikgeräten implementiert werden können. Tatsächlich werden digitale Klangsynthesemethoden deshalb als bevorzugt angesehen, weil sich ein großer Bereich von Stimmen ansprechend auf einen breiteren Bereich von in dem andauernden EEG-Signal enthaltenen Phänomenen realisieren läßt. Die speziellen EEG-Phänomene, die zum Erzeugen einer Stimme und der musikalischen Struktur der Stimme verwendet werden, lassen sich auf empirischer Basis so auswahlen, daß eine gewünschte physiologische Reaktion hervorgerufen wird. Darüber hinaus ermöglicht eine digitale Anlage eine präzisere Merkmalsfunktion ebenso wie eine automatische Skalierung der Trigger-Schwellenwerte beim Betrieb, so daß die Rückkopplungsmusik anhaltend die geeignete Antwort bei der Person induziert, wenn deren EEG-Parameter sich während der Sitzung ändern und sich tiefer in den gewünschten Zustand hineingelangt. Alternativ oder zusätzlich können die Musikstimmen von einem Komponisten auf der Grundlage rein ästhetischer Gesichtspunkte organisiert werden. Digitale Analyse- und Syntheseeinrichtungen vereinfachen das Komponieren und Realisieren der akustischen Rückkopplung sehr stark dadurch, daß Umfang und Zeitaufwand beim empirischen Herausfinden von physiologisch und psychoakustisch "korrekten" Klängen verringert werden.
Man kann zusätzliche Stimmen hinzufügen, um interessierende und physiologisch relevante Effekte zu erzeugen. Sowohl der Typ des erzeugten musikalischen Klangs als auch die Qualität dieses Klangs beeinflussen direkt die Möglichkeit der Erfindung, Gehirnwellenaktivität zu verstärken. Die bei der Auswahl eines geeigneten Klanges verwendeten Kriterien wurden oben erläutert. Die musikalische Qualität der Rückkopplungsmusik muß einen wenn auch noch undefinierten minimalen Schwellenwert übersteigen, damit der Effekt der Resonanzrückkopplung ablaufen kann.
Ein durch die vorliegende Erfindung erhaltenes ungewöhnliches Ergebnis ist die Erzeugung von Syntheseeffekten oder die Beobachtung von Lichtern und Farben als Antwort auf die verschiedenen musikalischen Stimmen in der Resonanzrückkopplung. Spezifische Farben oder Farbmuster wurden als Folge spezieller Stimmen in der Musik beobachtet. Begleitende Effekte wurden von annähernd einem Drittel der unter Verwendung der erfindungsgemäßen Prinzipien getesteten Personen erfahren. Dieses Ergebnis legt nahe, daß die Hinzufügung visueller Rückkopplung die durch die akustische Rückkopplung erhaltenen Effekte verstärkt.

Anwendungen

Nutzbar ist die vorliegende Erfindung bei der Erzeugung von Musik zur Unterhaltung. Beispielsweise kann die zweite Stimme einen Glockenton, ein Glockenspiel oder irgendeinen anderen gewünschten Ton enthalten. In ähnlicher Weise kann der Folgenbildner vierundzwanzig Noten von irgendeinem gewünschten Instrumententyp spielen, um irgendeine Melodie zu erzeugen. Die Erfindung kann als Musikinstrument eingesetzt werden, mit dem eine Person durch kognitive Steuerung Musik lernen und spielen kann, ohne daß sie auch körperlich eine Komposition durchführen muß.
Die Erfindung kann als Entspannungsgerät verwendet werden, welches arbeitet durch resonantes Verstärken von Niederfrequenz-EEG-Aktivität wie z.B. Alphawellenaktivität auf hoher Amplitude. Eine derartige Biorückkopplung ermöglicht es einer Person außerdem, ihre Gehirnwellenmuster zu überwachen und zu ändern, um verschiedene innere Zustände einzunehmen. Ein klinischer Psychologe kann verschiedene therapeutische Maßnahmen erleichtern, so z.B. die geleitete Bildvorstellung, indem ein spezieller Gehirnzustand gefordert oder gehemmt wird. Ein Neurologe kann die vorliegende Erfindung als musikalisch erfreulichen Test von Gehirnfunktionen nutzen, indem ein gesteuertes Signal eingeführt wird, beispielsweise in die Rückkopplungsmusik eingebettete punktweise Klänge, um eine geweckte Potentialantwort zu erzeugen. Eine noch weitere Einsatzmöglichkeit ist die eines klinischen Überwachungsgeräts, welches es einem Arzt oder Wissenschaftler, beispielsweise einem Anästhesiologen, ermöglicht, den Zustand des Gehirns eines Patienten oder einer Person über einen Lautsprecher zu überwachen, ohne daß das Sichtbild eines Oszilloskops andauernd überwacht werden muß.
Experimente haben gezeigt, daß die vorliegende Erfindung einem Menschen einen angenehmen Weg bereitet, seine Gehirnwellenaktivität innerhalb weniger Minuten zu steuern. Darüber hinaus haben Personen, die Erfahrungen mit der erfindungsgemäßen Biorückkopplungs-Resonanz gemacht haben, eine statistisch signifikante Verringerung von Angst gezeigt. Die vorliegende Erfindung scheint die Alphawellenaktivität aktiv zu fördern, da der Anteil der Alphaaktivität sich während der Rückkopplung im Gegensatz zum tonlosen Zustand oder einem nicht zusammenhängenden, ansonsten jedoch ähnlichen akustischen Reiz, steigert. Im Gegenteil können Elektroden mit nicht in Resonanz befindlicher Biorückkopplung Alphawellenaktivität mit einem inkongruenten Rückkopplungssignal blockieren.
Die Erfindung läßt sich verwenden, um psychologische und neurologische Zustände zu diagnostizieren. Das dramatische Porträt der emotionalen und funktionalen Zustände einer Person, welches in der Rückkopplungsmusik enthalten ist, liefert eine direkte Anzeige über den psychologischen Zustand einer Person. Es sollten auf Erfahrungen beruhende Leitfäden eingerichtet werden, um den Praktiker in die Lage zu versetzen, die Rückkopplungsmusik kritisch und analytisch zu hören und über die Person diagnostische Gutachten zu erstellen. Ferner könnte die Erfindung dazu benutzt werden, Diagnoseverfahren zu entwickeln, um Hörstörungen nach Verletzungen einzustufen, beispielsweise nach einem Stoß oder einer Koplverletzung, da nämlich die Quelle des EEG-Signals, die zum Erzeugen der Rückkopplungsmusik verwendet wird, ebenso wie die Wirksamkeit der Rückkopplung präzise definiert werden können. Die Eifindung kann auch sinnvoll sein bei dem Abbilden von Gehirnaktivität in Relation zu der Produktion oder der Wahrnehmung von Musik oder Sprache.
Eine zusätzliche Anwendungsmöglichkeit der vorliegenden Erfindung ist das allgemeine Gebiet der Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine, beispielsweise zwischen dem menschlichen Gehirn und einem Rechner. Experimente haben gezeigt, daß die vorliegende Erfindung es Personen ermöglicht, ihre EEG-Aktivität so zu steuern, daß hörbare Muster wiederholt werden. Das menschliche Gehirn kann sich in einfacher Weise erinnern an eine große Anzahl von Musikmustern, beispielsweise Melodien, und kann diese unterscheiden. Individuen sollten in der Lage sein, sich an eine große Anzahl verschiedener Steuersignale zu erinnern und sie zuverlässig zu reproduzieren. Damit kann gemäß Fig. 1 der Lautsprecher 5 ersetzt werden durch eine Mustererkennungseinrichtung, die, nachdem ein gewünschtes musikalisches Muster erkannt wurde, das richtige Steuersignal für eine Einrichtung erzeugt, die nicht notwendigerweise ein musikalisches Gerät sein muß.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht auch Kommunikation zwischen Personen. Der Fachmann kann leicht sehen, daß verschiedene Stimmen dem Rückkopplungssignal hinzugefügt werden können, die einen besonderen Synchronismus oder mentalen Zustand von mehr als einer Person angeben. Die musikalische Rückkopplung beinhaltet damit eine Form der Kommunikation, die dem Typ von Kommunikation analog ist, der beispielsweise zwischen einem Duett stattfindet, welches eine Violine und ein Cello spielt. Bei der vorliegenden Erfindung umfaßt die Kommunikation aber eine Form kognitiven "Gruppendenkens" und eine emotionale Kommunikation, die bislang nicht bekannt war.

Beispiel 1

Die Möglichkeiten der vorliegenden Erfindung, Entspannung zu induzieren, sind in Fig. 10 anhand von Untersuchungsergebnissen dargestellt. Eine 15 Personen umfassende Probengruppe wurde ausgewählt. Keine Person war ein Klinikpatient, und keine Person zeigte Anzeichen von Psychopathologie. Jede Person machte eine zehnminütige Kontrollzeitspanne durch, in der sie ohne Schall ruhig saß, woran sich eine 10- minütige Zeitspanne mit Resonanzrückkopplung anschloß. Der Angstzustand jeder Person wurde vor und nach den zehnminütigen Zeitspannen unter Verwendung einer Selbsteinschätzungs-Angst-Skala nach Spielberger gemessen. Die Spielberger Skala ist dem Fachmann bekannt. Die Ordinate in Fig. 10 zeigt die relativen Angstwertungen, wie sie gemäß der Spielberger-Skala gemessen werden. Wertungen im Bereich von 45 bis 50 entsprechen offensichtlichen Anzeichen für Angst. Wertungen in der Mitte der 30er zeigen mäßig hohe Angstzustände an. Die niedrigstmögliche Wertung auf der Skala ist 20.
Wie in Fig. 10 gezeigt ist, änderte Ruhe den Angstpegel nicht signifikant, wie durch Vergleich der Wertungen für die Blöcke A und B ersichtlich ist, die vor und nach der Ruhezeit erhalten wurden. Die Messungen blieben in den mittleren Werten von 30. Allerdings nahm nach der Resonanzrückkopplung die Angst spürbar von Werten in der Mitte von 30 auf Werte in der Mitte von 20 ab, wie durch Vergleich der Blöcke C und D ersichtlich ist, wobei diese Blöcke den Wertungen vor und nach der Resonanzrückkopplung entsprechen. Die Abnahme der Angst als Ergebnis der Resonanzrückkopplung war signifikant bei dem Pegel von P< 0,05 statistischer Signifikanz.

Beispiel 2

Fig. 11 zeigt die Zunahme der Alphaaktivität bei einer Einzelperson während der Resonanzrückkopplung. Die Ordinate entspricht der Anzahl von Alphawellen, die während einer Zeitspanne von 30 Sekunden an der CZ-Stelle an der Kopfhaut gezählt wurde. FB entspricht der Wellenzählung bei einer einzelnen repräsentativen Person bei Resonanzrückkopplung. Im Gegensatz dazu repräsentiert MS die Alphazahlung für einen Kontrollzustand entsprechend einer Vergleichs-Zeitspanne ohne Schall. NC entspricht der Alphazählung für die gleiche Person, die die Musik entsprechend ihrer eigenen Gehirnwellenaktivität hört, die jedoch um einige Minuten verzögert wurde, so daß sie nicht in Einklang ist mit dem ablaufenden EEG-Signal. Fig. 11 zeigt deutlich, daß die Resonanzrückkopplung eine größere Anzahl von Alphawellen erzeugt, als sie bei bloßer Stille erhalten wird. Weiterhin zeigt die größere Anzahl von Alphawellen bei Resonanzrückkopplung im Gegensatz zu Musik, die nicht in Einklang mit dem laufenden EEG-Signal steht, die Bedeutung der Resonanzrückkopplung bei dem Induzieren der gewünschten Form von EEG-Aktivität.

Beispiel 3

Fig. 12 entspricht einem repräsentativen Vergleich der Effekte der Resonanzkopplung bei verschiedenen Dezibel-Stärkepegeln für eine Einzelperson. Die vertikale Skala entspricht der relativen Leistung des Alphawellensignals, gemessen mit einer an der CZ-Stelle der Kopfhaut gemessenen Elektrode (400 Einheiten = 13,6 Mikrovolt). Die horizontale Achse entspricht der Stärke der Rückkopplung in Dezibel. Aus Fig. 12 ist ersichtlich, daß der durch die Kurve 130 repräsentierte Anteil der Alphaaktivität bei Resonanzrückkopplung bei etwa 86 Dezibel wesentlich von dem Anteil abweicht, der bei dem gleichen Typ von Musik erzeugt wird, die als unabhängiger Schall erzeugt wird, wie dies durch die Kurve 131 angegeben wird. Weiterhin beginnt der Umfang der Alphaaktivität, der bei Resonanzrückkopplung einerseits und bei unzusammenhängender Rückkopplung gemessen wird, dann zu konvergieren, wenn die Stärke bei etwa 82 Dezibel abnimmt. Es sollte gesehen werden, daß die Stärke von 86 Dezibel etwa der Lautstärke entspricht, die von einer Heimstereoanlage geliefert wird, die mit mäßig hoher Lautstärke läuft. Weiterhin nimmt der Umfang der bei Resonanzrückkopplung erzeugten Alphaaktivität bei der Stärke nach 86 Dezibel zu. Im Gegensatz dazu nimmt der Umfang der Alphawellenaktivität, die bei unzusammenhängender Rückkopplung erzeugt wird, bei zunehmender Stärke ab, wie durch das Minimum der Kurve 131 bei maximaler Intensität veranschaulicht wird. Mit mehreren Personen durchgeführte Experimente haben gezeigt, daß der bei 86 Dezibel liegende Schwellenwert in Bezug auf die laufenden Signal-Rausch-Abstände für den Einsatz der Resonanzrückkopplung kritisch zu sein scheint.

Beispiel 4

Fig. 13 und 14 veranschaulichen die Bedeutung der Verzögerungszeitspanne bei der Maximierung der Resonanzrückkopplung. Fig. 13a zeigt die Verteilung der Alphawellen in Abhängigkeit der Frequenz an der P3-Stelle der Kopfhaut bei einer repräsentativen Person. Die Ordinate entspricht der Anzahl von EEG-Wellen, die während eines Intervalls von 30 Sekunden beobachtet wurden, während die horizontale Achse den Frequenzbereich darstellt, der mit Hilfe der Kreuzpunktanalyse erhalten wurde. Diese spezielle Person zeigt eine maximale Alphawellenaktivität bei 10 Hz. In Fig. 13b repräsentiert die vertikale Achse die Alphawellenzählung und die horizontale Achse die Gesamtverzögerungszeit in Millisekunden, die während der Resonanzrückkopplung unter Verwendung der vorliegenden Erfindung erhalten wurde. Der optimale Umfang an Alphawellenaktivität wurde bei einer Verzögerungszeit von 100 Millisekunden gehalten, was einer Frequenz von 10 Hz mit einer Periodendauer von 100 Millisekunden entspricht. Damit entspricht die optimale Verzögerungszeit exakt der bevorzugten Alphafrequenz dieser Person.
Fig. 14 zeigt ähnliche Ergebnisse für eine zweite repräsentative Person. Wie in Fig. 14a zu sehen ist, besitzt dieses Individuum eine bevorzugte Alphafrequenz von 8 Hz, was einer Periodendauer von 125 Millisekunden entspricht. Fig. 14b zeigt, daß der maximale Umfang an Alphawellenaktivität, der bei Einsatz der vorliegenden Erfindung erhalten wird, bei einer Gesamtverzögerungszeit von 125 Millisekunden auftritt, was wiederum der bevorzugten EEG-Alphafrequenz entspricht. Demnach legt bei einer speziellen Person die bevorzugte Frequenz der gewünschten EEG-Aktivität die optimale Verzögerungszeit in der Resonanz-Regelschleife fest. Resonanz wird dadurch maximiert, daß die Rückkopplungs- Zeitverzögerung angepaßt wird an diejenige Frequenz, bei der das Gehirn bevorzugt die interessierende EEG-Aktivität erzeugt.

Vorschläge für weitere Forschung

Oben wurde zahlreiche mögliche Anwendungen für die vorliegende Erfindung beschrieben. Eine besonders vielversprechende Anwendung ist der Einsatz der Resonanzrückkopplung als eine Alternative für konventionelle invasive Methoden der Gehirnstimulierung.
Derzeitige Verfahren zur Gehirnstimulierung beinhalten das chirurgische Implantieren einer Elektrode in eine zu stimulierende Zone des Gehirns. Der sich ergebende Effekt auf das Gehirn hängt ab von der Stelle der Elektrode und der Frequenz der Stimulierung. Beispielsweise kann eine Zone des Gehirns mit einer Hochfrequenzstimulierung aktiviert werden, während diese bei einer Stimulierung mit niedriger Frequenz gehemmt oder deaktiviert wird. Das chirurgische Implantieren der Elektrode ist allerdings ein schwerwiegender Eingriff und beschränkt in starkem Maße sowohl die Erforschung der Gehirnstimulierung als auch die Nutzanwendung als Mittel für die Diagnose oder die Therapie.
Im Gegensatz dazu benutzt die Resonanzrückkopplung nicht-invasive Elektroden, die an der Kopfhaut angebracht werden. Die Lage der Elektroden legt das Gebiet des Gehirns fest, welches durch die Rückkopplungsmusik "stimuliert" wird. Darüber hinaus kann der Einsatz konstruktiver und destruktiver Interferenz, selektiver Filterung und wohlüberlegter Manipulierung der Verzögerungszeiten unterschiedliche Frequenzen der "Stimulierung" hervorrufen. Damit bietet die Resonanzrückkopplung die Möglichkeit, systematisch ausgewählte Gehirnbereiche zu stimulieren.
Eine mögliche Anwendung der Gehirnstimulierung unter Verwendung der Resonanzrückkopplung beinhaltet die Nervenübung. Rehabilitationsprogramme für Personen, die an Gehirnverletzungen gelitten haben, sind im wesentlichen nach dem Konzept der Nervenübung ausgestaltet, wonach diejenige Zone des Gehirns, die die beschädigte Gehirnzone umgibt, systematisch in der Hoffnung stimuliert wird, daß sie die Funktionen der beschädigten Gehirnzellen übernimmt. Es wird als wahrscheinlich angesehen, daß die Resonanzrückkopplung wirksam ist bei der Stimulierung der Nervenaktivität in einer ausgewählten Gehirnzone, und sie sollte deshalb als eine Form der Nervenübung dienen. Von der Resonanzrückkopplung wird angenommen, daß sie eine besondere Nützlichkeit in Fällen von musikalischer sowie Sprachbehinderung zeigt.
Jüngere Entwicklungen der Supraleittahigkeit und auf die Aufzeichnung von Gehirnwellen mit Magnometern gerichtete Forschung gibt einen Anhaltspunkt dafür, daß möglicherweise schon bald eine erhöhte Auflösung und Selektivität verfügbar ist, um die Resonanz-Reizung irgendeiner Gehirnzone zu unterstützen. Magnometer können die in Fig. 1 dargestellte Kopfhautelektrode 3 beim Erzeugen eines Eingangssignals entsprechend den halbperiodischen Amplitudenänderungen des Magnetfeldes, welches mit der stattfindenden EEG-Aktivität einhergeht, ersetzen. Magnetometer können die halbperiodische magnetische Aktivität triangulieren, um ein Signal zu erzeugen, welches kennzeichnend ist für die EEG-Aktivität, welche in einer genau definierten Zone tief im Inneren des Gehirns stattfindet. Die in die Rückkopplungsschleife eingefügte Verzögerung kann so eingestellt werden, daß eine gewünschte Phasenbeziehung zwischen dem Rückkopplungssignal und der stattfindenden EEG- Aktivität zu erhalten, da Magnometer außerdem dazu eingesetzt werden können, die Reaktion der Gehirnzone auf akustische Reizung festzustellen.
Darüber hinaus liefern EEG-Computeranalyseverfahren, beispielsweise das von Frank Duffy entwickelte BEAM, extensive Karten des Gehirns, die anzeigen, welche EEG-Aktivität in welchen Gehirnzonen in Verbindung steht mit speziellen Zuständen des Gefühls, des Erkennens und des Bewußtseins. Diese Information läßt sich nutzen als Anhalt bei dem Entwurf von Resonanzrückkopplungs-Protokollen und bei der Auswahl von Gehirnzonen für die Resonanzstimulierung.
In der vorstehenden Beschreibung wurden die Prinzipien, bevorzugte Ausführungsformen und Betriebsarten der vorliegenden Erfindung beschrieben. Allerdings sollte die hier zu schützende Erfindung nicht als auf die speziell beschriebenen Formen oder die speziell angegebenen Beispiele beschränkt verstanden werden, da diese nicht restriktiv, sondern beispielhaft gedacht sind. Abwandlungen und Änderungen kann der Fachmann vornehmen, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Deshalb sollte die vorstehende detaillierte Beschreibung lediglich als von Natur aus beispielhaft und in keiner Weise den Schutzumfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen angegeben ist, beschränkend angesehen werden.

Claims

1. Biorückkupplungsvorrichtung zum Erzeugen von Musik, umfassend eine Einrichtung (5) zum Empfangen eines andauernden EEG-Signals von zumindest einer Zone des Gehirns eines biologischen Wesens (1), wobei die zumindest eine Zone des Gehirns auf akustische Stimulierung anspricht, das andauernde EEG-Signal eine Spannungsamplitude besitzt, die eine halbperiodische Änderung aufweist; eine Einrichtung (10) zum Übersetzen des andauernden EEG-Signals in Musik; und eine Einrichtung zum Leiten der Musik in der Weise, daß sie von dem Gehirn empfangen wird; dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzungseinrichtung eine Einrichtung aufweist, um eine akustische Anzeige der halbperiodischen Änderung des andauernden EEG-Signals zu generieren, außerdem eine Einrichtung zum Generieren einer musikalischen Geschmackskomponente und zum Hinzufügen der musikalischen Geschmackskomponente zu der akustischen Anzeige, wobei die Leiteiiirichtung eine Einrichtung aufweist, um die die akustische Anzeige und die musikalische Geschmackskomponente enthaltende, an das Gehirn gesendete Musik für eine Zeitspanne zu verzögern, die derart bestimmt wird, daß die Antwort des Gehirns auf die Musik mit einer vorbestimmten Phasenbeziehung bezüglich des andauernden EEG- Signals auftritt, welches von der Zone des Gehirns empfangen wird, wobei diese Phasenbeziehung auswählbar ist, um das andauernde EEG- Signal zu verstärken oder mit ihm eine Interferenz zu erreichen.

2. Biorückkupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Antizipieren eines Auftretens einer nachfolgenden typischen halbperiodischen Änderung des andauernden EEG-Signals.

3. Biorückkopplungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antizipiereinrichtung eine Einrichtung aufweist, um eine vorbestimmte oder typische Frequenz zu bestimmen, bei der das Gehirn die halbperiodische Änderung über eine vorbestimmte Zeitspanne hinweg erzeugt.

4. Bioräckkopplungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antizipiereinrichtung eine Einrichtung aufweist, um eine Zeitspanne für eine jüngste vorausgehende halbperiodische Änderung zu bestimmen.

5. Biorückkopplungsvorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, gekemizeichnet durch eine Einrichtung zum Steuern der Verzögerungseinrichtung, damit die Frequenz der Musik und die akustische Anzeige derart modwiziert werden, daß sie den typischen halbperiodischen Änderungen des andauernden EEG-Signals entsprechen.

6. Biorückkopplungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Generieren eines Steuersignals in Abhängigkeit eines vorbestimmten musikalischen Musters in der von dem Gehirn empfangenen Musik.

7. Verfahren zum Erzeugen eines Biorückkopplungssignals, welches verwendbar ist zum Erzeugen von Musik, umfassend die Schritte des Extrahierens eines andauernden EEG-Signals von mindestens einer Zone des Gehirns eines biologischen Wesens, wobei die mindestens eine Zone des Gehirns auf akustische Stimulierung anspricht, das andauernde EEG- Signal eine Spannungsamplitude hat, die eine halbperiodische Änderung aufweist; des Übersetzens des andauernden EEG-Signal in Musik, gekennzeichnet durch die Schritte des Generierens einer akustischen Anzeige der halbperiodischen Änderung des andauernden EEG-Signals, des Generierens einer musikalischen Geschmackskomponente und des Hinzufügens der musikalischen Geschmackskomponente zu der akustischen Anzeige; des Lenkens der Musik derart, daß sie von dem Gehirn aufgenommen wird, und Verzögern des Lenkens der Musik zu dem Gehirn für eine Zeitspanne, die so bestimmt wird, daß das Ansprechen des Gehirns auf die Musik in einer vorbestimmten Phasenbeziehung bezüglich des andauernden EEG- Signals stattfindet, welches aus der Zone des Gehirn extrahiert wird.

8. Verfahren zum Erzeugen eines Biorückkopplungssignals nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch den Schritt des Antizipierens eines Auftretens einer nächsten typischen haibperiodischen Änderung des andauernden EEG-Signals.

9. Verfahren zum Erzeugen eines Biorückkopplungssignals nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Antizipier-Schritt den Schritt des Bestimmens einer bevorzugten oder typischen Frequenz aufweist, bei welcher das Gehirn die halbperiodische Änderung über eine vorbestimmte Zeitspanne hinweg erzeugt.

10. Verfahren zum Erzeugen eines Biorückkopplungssignals nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß der Antizipier-Schritt den Schritt des Bestimmens einer Zeitspanne für eine jüngste vorausgehende halbperiodische Änderung umfaßt.

11. Verfahren zum Erzeugen eines Biorückkoppiungsignals nach Anspruch 8,

gekennzeichnet durch den Schritt des Modifizierens der Verzögerungszeitspanne derart, daß diese dem antizipierten Auftreten der typischen halbperiodischen Änderung in dem andauernden EEG-Signal entspricht.

12. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den Schritt des Generierens eines Steuersignals in Abhängigkeit eines vorbestimmten musikalischen Musters innerhalb der von dem Gehirn empfangenen Musik.