DE69008969T2

DE69008969T2 - System zum Hervorrufen von Elektroenzephalogramm-Signalen.

Info

Publication number: DE69008969T2
Application number: DE69008969T
Authority: DE
Inventors: Mitsuo C O Pioneer Ele Yasushi
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1989-08-10
Filing date: 1990-03-23
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2010-03-24
Also published as: EP0412629A1; DE69008969D1; JPH0370572A; EP0412629B1; US5495853A; JPH0712378B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Hervorruten eines gewünschten Elektroenzephalogramm-Signals, z.B. eines Alpha-Rhythmus von dem Gehirn eines Menschen, um den Menschen in einen entspannten Zustand zu bringen.
Es ist auf diesem Fachgebiet bekannt, daß Gehirnwellen, d.h. Elektroenzephalogram-Signale (EEG-Signale), die in dem Gehirn eines Menschen entstehen, und die Physiologischen und psychologischen Zustande des Menschen eng aufeinander bezogen sind. Wenn beispielsweise ein Mensch wach und in einem aktiven Geisteszustand ist, werden vorherrschend Beta-(β)Rhytmen in einem Frequenzbereich von etwa 13 bis 30 Hz erzeugt. Alpha-(α)Rhythmen werden vorherrschend in einem entspannten geistigen Zustand erzeugt und besitzen eine Frequenz im Bereich von etwa 8 bis 13 Hz. Bei Ermüdung und leichtem Schlaf erzeugte Gehirnwellen sind Theta-(θ)Rhythmen in einem Frequenzband, das von etwa 4 bis 7 Hz reicht. Die Beziehung zwischen diesen Gehirnwellen mit Unterschiedlichen Frequenzbereichen und gewissen menschlichen Aktivitätsphasen zeigt, daß die Hervorrufung von gewissen Gehirnwellen durch Sensorische Reizung geeignet ist, den Menschen in einen entsprechenden physiologischen und psychologischen Zustand zu versetzen.
Aufgrund der Analyse der Wechselwirkung zwischen den EEG-Signalen und Physiologischen und Psychologischen Zuständen wurden bisher verschiedene Systeme zum Hervorrufen von Alpha-Wellen im Gehirn eines Menschen vorgeschlagen, indem seinem Körper ein gewisser externer Reiz übermittelt wird, um ihn dadurch in einen physisch und Psychologisch entspannten Zustand zu versetzen und ihm beim Erleichtern von Spannungen und beim Erreichen geistiger Konzentration zu unterstützen.
So beschreibt US-A-4 315 502 ein EEG-Signal-Hervorrufsystem, das eine Brille mit um die Linsen angeordneten Lampen, Kopfhörer und ein Impulserzeugungsmittel zum Ausgeben eines vorbestimmten Impulssignals an die Brille und die KoPfhörer umfaßt. Im Gebrauch werden die Brille und die Kopfhörer durch einen Benutzer getragen und an die Brille und die Kopfhörer wird durch den Impulsgenerator ein Impulssignal angelegt. Wenn die Lampen an der Brille und die Kopfhörer mit dem Impulssignal beaufschlagt werden, wird ein externer Stimulus oder Reiz in Form von blinkendem Licht und intermittierendem Ton an den Benutzer angelegt, um so eine gewünschte Gehirnwelle hervorzurufen und den Benutzer in einen entspannten mentalen Zustand zu versetzen.
Bei dem beschriebenen üblichen EEG-Signal-Hervorrufsystem wird das EEG-hervorrufende Stimulussignal künstlich nach einem vorbestimmten von der Natur der Gehirnwellen des Benutzers unabhängigen Muster erzeugt, und solche künstliche Reizimpulse werden zur Hervorrufung der gewünschten EEG-Rhythmen an den Benutzer angelegt. Deshalb ist der Hervorrufeffekt des bekannten EEG-Hervorrufsystem von Benutzer zu Benutzer anders, und die Hervorruf-Wirksamkeit des Systems ist bei verschiedenen Benutzern nicht die gleiche.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Elektroenzephalogrammsignal-Hervorrufsystem zur Erzeugung eines stimulierenden Signals zu schaffen unter Benutzung einer von einem Benutzer des Systems aufgenommenen Gehirnwelle und mit Zurückführung eines Stimulierenden Lichts aufgrund des erzeugten Stimulierenden Signals an den Benutzer, um dadurch einen Lichtreiz an den Benutzer zu senden, durch den mit erhöhter Wirksamkeit ein Elektroenzephalogrammsignal hervorgerufen wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Hervorruf-System für ein Elektroenzephalogrammsignal zu schaffen, das eine kompakte Struktur besitzt, mit der ein Benutzer leicht umgehen kann.
WO 87/00745 beschreibt ein System zum Hervorrufen eines Elektroenzephalogramm-(EEG)Signals in dem Gehirn eines Benutzers, welches System umfaßt ein Kopfgeschirrmittel zum Anbringen an dem Kopf des Benutzers; lichtemittierendes Mittel zum Anlegen eines ein EEG-Signal hervorrufenden Lichtreizes an die Augen des Benutzers und Elektrodenmittel zum Erfassen von durch den Benutzer erzeugten Gehirnwellen; und entsprechend der vorliegenden Erfindung kennzeichnet sich ein solches System dadurch, daß das lichtemittierende Mittel integral an dem Kopfgeschirrmittel angebracht und die Elektrodenmittel integral an dem Kopfgeschirrmittel so angebracht sind, daß sie sich automatisch in einer gewünschten Position gegen die Kopfhaut des Benutzers anlegen und in einer Position zum Erfassen der Gehirnwellen des Benutzers sind.
Das System umfaßt weiter bevorzugt einen Gehirnwellen-Signalprozessor, der auf Gehirnwellen-Signale von den Elektrodenmitteln reagiert zur Erzeugung eines stimulierenden Signals mit einer Frequenz, die den hervorzurufenden Gehirnwellen entspricht, und zum Anlegen des Stimulierenden Signals an die lichtemittierenden Mittel.
Mit der genannten Anordnung wird, da ein Stimulierendes Signal zu dem Benutzer zurückgeführt wird, das auf den durch die Elektrodenmittel erfaßten Gehirnwellen des Benutzers selbst beruht, ein biologischer Schwingkreis mit geschlossener Schleife eingerichtet, die den Benutzer selbst enthält, um den Benutzer rasch und fest in einen erwünschten Gehirnwellenzustand zu bringen.
Die Gehirnwellenhervorruf-Terminaleinheit und der Gehirnwellen-Signalprozessor können voneinander separat eingerichtet und elektrisch miteinander verbunden sein.
Alternativ kann der Gehirn-Wellen-Signalprozessor mit der Gehirnwellenhervorruf-Terminaleinheit physikalisch zu einer einheitlichen Struktur kombiniert sein, so daß das System von einfacher Anordnung mit geringer Größe ist und leicht an dem Kopf des Benutzers angebracht und von ihm gehalten werden kann.
In den beigefügten Zeichnungen ist:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Systems zum Hervorrufen eines Elektroenzephalograph-Signals nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung, welches System in Verbindung mit einem Benutzer dargestellt ist;
Fig. 2 ein Schaubild, das eine durch ein EEG-Signal- Hervorrufungssystem nach Fig. 1 hervorgerufene Alpha-Wellen- Messung zeigt;
Fig. 3 eine teilweise in Durchsicht gezeichnete Seitenansicht eines System zum Hervorrufen eines Elektroenzephalogramm-Signals nach einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei das System am Kopf eines Benutzers angebracht dargestellt ist;
Fig. 4 eine Frontansicht des EEG-Signal-Hervorrufsystems nach Fig. 3;
Fig. 5 eine Draufsicht auf das EEG-Signal-Hervorrufystem nach Fig. 3;
Fig. 6 eine Perspektivische Darstellung von EEG-Signalprozessor und EEG-Signalerfassungselektroden des EEG-Signal-Hervorrufsystems nach Fig. 3;
Fig. 7 eine teilweise in Durchsicht gezeichnete Seitenansicht eines Systems zum Hervorrufen eines Elektroenzephalogramm-Signals nach einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung, an dem Kopf eines Benutzers angebracht dargestellt;
Fig. 8 eine Vorderansicht des EEG-Signal-Hervorrufsystems nach Fig. 7;
Fig. 9 eine Draufsicht auf das EEG-Signal-Hervorrufsystem nach Fig. 7;
Fig. 10 eine teilweise in Durchsicht gezeichnete Seitenansicht eines Systems zum Hervorrufen eines Elektroenzephalogramm-Signals nach einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung, am Kopf eines Benutzers angebracht dargestellt;
Fig. 11 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht des EEG-Signal-Hervorrufsystems nach Fig. 10;
Fig. 12 eine teilweise aufgeschnittene Vorderansicht des EEG-Signal-Hervorrufsystems nach Fig. 10;
Fig. 13 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf das EEG-Signal-Hervorrufsystem nach Fig. 10;
Fig. 14 ein Blockschaltbild eines Systems zum Hervorrufen eines Elektroenzephalogramm-Signals nach einer fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung, welches System in Verbindung mit einem Benutzer gezeigt ist; und
Fig. 15 ein teilweise in Blockform ausgeführten Schaltbild eines Verstärkers für biologische Signale eines Systems zum Hervorrufen eines Elektroenzephalogramm-Signals nach einer sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Gleiche oder entsprechende Teile sind in allen Ansichten mit gleichen oder entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet.

Erste Ausführung

Fig. 1 zeigt in Blockform ein System zum Hervorrufen eines Elektroenzephalogramm-(EEG)Signals oder einer Gehirnwelle entsprechend einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Das allgemein mit Bezugszeichen 1 bezeichnete EEG-Signalhervorrufsystem enthält eine Gehirnwellenhervorruf-Terminaleinheit 2 zum Anbringen an dem Kopf H eines Benutzers des Systems und einen Gehirnwellen-Signalprozessor 3, der elektrisch mit der Gehirnwellenhervorruf-Terminaleinheit 2 verbunden ist. Die Gehirnwellenhervorruf-Terminaleinheit 2 besitzt mit den Eingangsklemmen des Gehirnwellen-Signalprozessors 3 verbundene Ausgangsklemmen, wobei die Ausgangsklemmen des Signalprozessors 3 wiederum mit den Eingangsklemmen der Gehirnwellenhervorruf-Terminaleinheit 2 verbunden sind.
Damit sind die Gehirnwellenhervorruf-Terminaleinheit 2 und der Gehirnwellen-Signalprozessor 3 in eine geschlossene Schleife eingebunden.
Die Gehirnwellenhervorruf-Terminaleinheit 2 umfaßt ein Kopfgeschirr 4 zum Anbringen an dem Kopf H des Benutzers, eine Gehirnwellenerfassungs-Elektrodenanordnung 5 zum Erfassen von EEG-Signalen oder Gehirnwellen von dem Kopf H des Benutzers und einen Lichtemitter 6 zum Anlegen eines Lichtreizsignals an den Benutzer.
Die Gehirnwellen-Erfassungselektroden-Anordnung 5 umfaßt eine Referenzelektrode 50 zum Andrücken an die Kopfhaut des Benutzers, eine Massen- oder Erdelektrode 51, die ebenfalls an die Kopfhaut des Benutzers gehalten werden soll und eine indifferente Elektrode 52, die normalerweise an einem Ohrläppchen des Benutzers angebracht werden sollte.
Der Gehirnwellen-Signalprozessor 3 umfaßt einen rauscharmen hochverstärkenden Verstärker 7 für biologische Signale und ein an der Ausgangsklemme des Verstärkers 7 für biologische Signale angeschlossenes Bandpaßfilter. Die Elektroden 50, 51 und 52 der Gehirnwellenerfassungs-Elektrodenanordnung 5 sind mit den Eingangsklemmen des Verstärkers 7 für biologische Signale verbunden. Der Lichtemitter 6 ist an der Ausgangsklernme des Bandpaßfilters 8 angeschlossen.
Der Betrieb des EEG-Signal-Hervorrufsystems wird nachstehend beschrieben. Eine Gehirnwelle des Benutzers wird als eine Potentialdifferenz zwischen der Referenzelektrode 50 und der Erdelektrode 51 gemessen, die an der Kopfhaut des Benutzers angebracht sind. Das Potential eines Ohrläppchens, das im Vergleich zu dem Potential der Kopfhaut als Null angesehen wird, wird erfaßt durch die indifferente Elektrode 52. Für die durch die Elektroden 50, 51 und 52 erfaßten Potentiale bezeichnende Signale werden an die Eingangsklemmen des Verstärkers 7 für biologische Signale angelegt.
Der Verstärker 7 für biologische Signale errechnet die Potentialdifferenz zwischen der Referenzelektrode 50 und der Erdelektrode 51, zieht das Potential der indifferenten Elektrode 52 von der Potentialdifferenz ab und erzeugt dadurch ein Gehirnwellen-Signal, bei dem das Nullpotential als Referenz benutzt wird. Dann legt der Verstärker 7 für biologische Signale das Gehirnwellen-Signal an das Bandpaßfilter 8 an. Das Gehirnwellen-Signal enthält normalerweise Frequenzkomponenten, deren Frequenzen von 1 bis 60 Hz reichen.
Das Bandpaßfilter 8 erhält als Eingangssignal das Gehirnwellen-Signal von dem Verstärker 7 für biologische Signale, extrahiert und läßt durch nur eine Frequenz-Komponente, die einer hervorzurufenden gewünschten Gehirnwelle entspricht während es die anderen Frequenz-Komponenten entfernt. Wie vorstehend beschrieben, enthält das Gehirnwellen-Signal verschiedene Frequenz-Komponenten, deren Frequenzen von 1 bis 60 Hz reichen, wobei die Frequenz-Komponenten einen Alpha-Rhythmus (8 - 13 Hz), einen Beta-Rhythmus (13 - 30 Hz) und einen Theta-Rhythmus (4 - 7 Hz) enthalten. Wenn der Benutzer sich in einem entspannten geistigen Zustand befindet, herrscht die dem Alpha-Rhythmus entsprechende Frequenz-Komponente in dem Gehirnwellen-Signal vor. Wenn der Benutzer wach und in einem aktiven geistigen Zustand ist, werden die Beta-Rhythmen intensiver, und wenn der Benutzer schläft, werden die Theta-Rhythmen stärker. Deswegen kann, wenn die Alpha-Rhythmen des Gehirnwellen-Signals selektiv verstärkt werden können, das Gehirn des Benutzers in einen gelösten, entspannten Zustand versetzt werden. Die Durchlaßfrequenz des Bandpaßfilters kann verändert werden. Wenn beispielsweise der Alpha-Rhythmus hervorzurufen ist, wird die Bandpaßfrequenz in einem Bereich von 8 bis 13 Hz ausgewählt, falls der Theta-Rhythmus hervorzurufen ist, wird die Bandpaßfrequenz in einem Bereich von 4 bis 7 Hz ausgewählt, und wenn sowohl Alpha-Rhythmus als auch Theta-Rhythmus hervorzurufen sind, wird die Bandpaßfrequenz in einem Bereich von 4 bis 13 Hz ausgewählt. Dementsprechend wird nur eine Frequenz-Komponente, die dem ausgewählten Durchlaßband des Bandpaßfilters 7 entspricht, aus dem Gehirnwellen-Signal extrahiert und als Reizsignal dem Lichtemitter 6 an dem Kopf geschirr 4 zugeführt.
Der Lichtemitter 6 ist vor den Augen des Benutzers angeordnet. Der Lichtemitter 6 erzeugt stimulierendes Licht, das in Abhängigkeit von dem Reizsignal am Lichtemitter 6 blinkt. Das stimulierende Licht, d.h. der Lichtreiz, wird deshalb auf die Augenlider des Benutzers, der seine Augen geschlossen hält, aufgestrahlt. Wenn der Lichtreiz dem Benutzer zugeführt wird, wird die erwünschte Gehirnwelle schnell stark in dem Gehirn des Benutzers hervorgerufen. Die hervorgerufene Gehirnwelle wird dann durch die Elektrodenanordnung 5 aufgenommen und dem Verstärker 7 für biologische Signale zugesendet, woraufhin die vorher beschriebene Lichtreizung wiederholt wird.
Wenn das Hervorrufen der bestimmten Gehirnwelle so begonnen hat, wird ein biologischer Schwingkreis mit einer das EEG- Signalhervorrufsystem und den Benutzer enthaltenden geschlossenen Schleife gebildet und nur ein der hervorzurufen gewünschten Gehirnwelle entsprechendes Signal läuft in der geschlossenen Schleife um, so daß nur die gewünschte Gehirnwelle stark hervorgerufen wird, wodurch der Benutzer rasch in einen gewünschten hervorgerufenen EEG-Zustand versetzt wird. Als Ergebnis wird, wenn die gewünschte Gehirnwelle der Alpha-Rhythmus ist, der Benutzer des Systems rasch in einen entspannten Geisteszustand gebracht.
Fig. 2 zeigt die gemessene Wellenform einer Alpha-Welle, die durch das EEG-Signal-Hervorrufsystem nach Fig. 1 hervorgerufen wurde. Durch die Elektrodenanordnung 5 aufgenommene Gehirnwellen enthalten Alpha- und Beta-Rhythmen, wie in Fig. 2 bei (A) gezeigt, während ein an den Benutzer durch den Lichtemitter 6 angelegtes Lichtreizsignal bei (B) in Fig. 2 gezeigt ist. Wenn das EEG-Signal-Hervorrufsystem zu einem Zeitpunkt To angeschaltet wird, um das Hervorrufen der Alpha-Rhythmen zu beginnen, wie bei (B) in Fig. 2 gezeigt, werden die Alpha- Rhythmen in den Gehirnwellen rasch in ihrer Intensität erhöht, wie bei (A) in Fig. 2 zu sehen.

Zweite Ausführung

Fig. 3 bis 6 zeigen in Blockform ein System zum Hervorrufen eines EEG-Signals oder einer Gehirnwelle entsprechend einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Das allgemein mit dem Bezugszeichen 1A bezeichnete EEG-Signalhervorrufsystem enthält eine Gehirnwellenhervorruf-Terminaleinheit 2A in Form einer an dem Kopf H eines Benutzers des Systems anzubringenden Brille und einen Batteriekasten 90, der als Stromversorgung dient.
Die Gehirnwellenhervorruf-Terminaleinheit 2A umfaßt ein Kopfband 4A zum Anbringen an dem Kopf H des Benutzers, Gehirnwellen-Erfassungselektroden 50A, 51A, 52A zum Erfassen von EEG- Signalen oder Gehirnwellen von dem Kopf H des Benutzers, einen Lichtemitter 6 zum Anlegen eines Lichtreizsignals an den Benutzer und eine Lichtabschirmung 20 zum Abschirmen der Augen des Benutzers gegen externes Licht.
Wie in Fig. 3 gezeigt, besitzt das Kopfband 4A einen Gurt 40 aus einem elastischen Material wie Gummi und einen Halter 41 aus einem härteren Material wie Kunststoff. Der Halter 41 hat die Form eines Hufeisens und umfaßt den Kopf H des Benutzers an der Stirn. Der Gurt 40 ist an den gegenüberliegenden Enden des Halters 41 angeschlossen und erstreckt sich längs der Seiten des Kopfes H und um den Hinterkopf. Da der Gurt 40 elastisch ist, kann das Kopfband 4A leicht an dem Kopf angebracht und von ihm entfernt werden, indem der Gurt gestreckt wird. Der Gurt 40 kann zum leichten Anbringen und Entfernen von dem Kopf H in Form eines Gürtels ausgebildet sein.
Wie in Fig. 3 und 4 dargestellt, ist der Lichtschirm 20, der schwarzgefärbt und aus einem Material wie Vinylchlorid oder dergleichen hergestellt ist, vor dem Gesicht des Benutzers so angeordnet, daß er die Augen bedeckt. Der Lichtschirm 20 besitzt an dem Halter 41 mittels Schrauben 42 befestigte seitliche Enden. Wie in Fig. 3 und 5 gezeigt, ist der in einem Kunststoffgehäuse aufgenommene Gehirnwellen-Signalprozessor 3A im Zentralabschnitt des Halters 41 über dem Gesicht des Benutzers befestigt. Die Elektroden 50A, 51A, d.h. die Referenz- und die Erdelektrode, sind in Form von Knöpfen an der Innenumfangswand des Gehirnwellen-Signalprozessors 3A angebracht. Wenn die Gehirnwellenhervorruf-Terminaleinheit 2A durch den Benutzer getragen wird, werden die Elektroden 50A, 51A gegen in Seitenrichtung mit Abstand voneinander versehene Flächen der Stirn des Benutzers angedrückt, um von der Stirn Gehirnwellen aufzunehmen. Diese Elektroden 50A, 51A sind elektrisch mit dem Gehirnwellen-Signalprozessor 3A verbunden.
Wie in Fig. 6 gezeigt, sind die Referenzelektrode 50A und die Erdelektrode 51 A an der Innenumfangswand des Gehirnwellen-Signalprozessors 3A über jeweilige Polsterungsglieder 53 angebracht, die aus einem elastischen Schaummaterial gefertigt sind. Deshalb sind die Referenzelektrode 50A und die Erdelektrode 51A flexibel und elastisch seitlich und nach vorne und hinten bezüglich des Gehirnwellen-Signalprozessors 3A versetzbar. Dadurch wird, wenn die Gehirnwellenhervorruf- Terminaleinheit 2A an dem Kopf H des Benutzers angebracht ist, der Kopf H gegen Beschädigung geschützt und die Elektroden 50A, 51A werden sanft in natürlicher Weise längs der gekrummten Fläche der Stirn des Benutzers an diese angedrückt.
Wie in Fig. 3 und 5 gezeigt, ist ein Lichtemitter 6A, der eine lichtemittierende Diode (LDD) oder dergleichen zum Emittieren eines Lichtreizes umfaßt, an der Innenfläche des Lichtschirms 20 angebracht. Der Lichtemitter 6A ist innerhalb des Gesichtsfeldes des Benutzers, d.h. an der Innenfläche des Lichtschirms 20 in der Nähe von dessen unterem Ende angebracht. Der Lichtemitter 6A ist elektrisch mit dem Gehirnwellen-Signalprozessor 3A durch ein Kabel 60 verbunden. Der Lichtemitter 6A wird von dem Gehirnwellen-Signalprozessor 3A mit einem Lichtreizsignal zum Hervorrufen eines EEG-Signals oder einer Gehirnwelle versorgt. Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt, ist die indifferente Elektrode 52A, die zum Anbringen an dem linken Ohr des Benutzers die Form einer Federspange besitzt, elektrisch mit dem Gehirnwellen-Signalprozessor 3A durch ein Kabel 54 verbunden, das sich durch den Halter 41 erstreckt.
Wie in Fig. 4 und 5 dargestellt, ist der Batteriekasten 90 zum Zuführen von elektrischem Strom zu den verschiedenen Komponenten des EEG-Signalhervorrufsystems elektrisch mit dem Gehirnwellen-Signalprozessor 3A durch ein (nicht gezeigtes) Kabel verbunden, das sich durch den Halter 41 erstreckt. Der Gehirnwellen-Signalprozessor 3A ist vom gleichen Aufbau wie der Gehirnwellen-Signalprozessor 3 in Fig. 1.
Das so aufgebaute EEG-Signal-Hervorrufsystem ist von geringer Größe, mit ihm kann einfach umgegangen werden und es ist tragbar.
Das EEG-Signalhervorrufsystem der zweiten Ausführung wird wie folgt verwendet. Es wird angenommen, daß das EEG-Signalhervorrufsystem benutzt wird, um einen Alpha-Rhythmus hervorzurufen, und deshalb wird das Bandpaßfilter des Gehirnwellen- Signalprozessors 3A so ausgelegt, daß es eine Durchlaßfrequenz im Bereich von 8 bis 13 Hz besitzt.
Der Benutzer des EEG-Signal-Hervorrufsystems nimmt eine entspannte Haltung, beispielsweise in einem Stuhl mit Liegeeinrichtung ein und trägt die Gehirnwellenhervorruf-Terminaleinheit 2A an seinem Kopf H, während er den Gurt 40 des Kopfbandes 4A auszieht. Die Augen des Benutzers werden automatisch mit dem Lichtschirm 20 bedeckt, so daß sie gegen externes Licht abgeschirmt sind. Die indifferente Elektrode 52A wird an das Ohrläppchen des linken Ohrs angeklemmt Gleichzeitig mit dem Anbringen der Gehirnwellenhervorruf-Terminaleinheit 2A an dem Kopf H werden die Referenzelektrode 50A und die Erdelektrode 51A automatisch gegen in Seitenrichtung mit Abstand voneinander versehene Bereiche der Stirn des Benutzers angelegt.
Nachdem die Gehirnwellenhervorruf-Terminaleinheit 2A installiert wurde, schließt der Benutzer seine Augen und schaltet die Stromversorgung ein, um mit dem Hervorrufen der Gehirnwellen zu beginnen.
Mit Beginn des Gehirnwellen-Hervorrufvorgangs werden durch die konstant gegen die Stirn des Benutzers angedrückten Elektroden 50, 51 Gehirnwellen aufgenommen. Die aufgenommenen Gehirnwellen-Signale werden zu dem (nicht dargestellten) biologischen Signalverstärker des Gehirnwellen-Signalprozessors 3A gesendet und durch ihn auf einen vorbestimmten Pegel verstärkt. Die verstärkten Gehirnwellen-Signale werden dann zu dem Bandpaßfilter gesendet, das eine dem Alpha-Rhythmus entsprechende Frequenz-Komponente im Bereich von 8 bis 13 Hz von den Gehirnwellen-Signalen extrahiert. Das extrahierte Signal wird dann als ein Reizsignal zum Lichtemitter 6A gesendet.
In Reaktion auf das dem Alpha-Rhythmus entsprechende Reizsignal von dem Bandpaßfilter erzeugt der Lichtemitter 6 ein blinkendes Reizlicht. Das Reizlicht, also der Lichtreiz, wird dadurch auf die Augenlider des Benutzers, der seine Augen geschlossen hält, übertragen. Wenn der Lichtreiz an den Benutzer übertragen wird, wird stark eine erwünschte Gehirnwelle in dem Gehirn des Benutzers hervorgerufen Die hervorgerufen ne Lichtquelle wird dann durch die Elektroden 50A, 51A, 52A aufgenommen und dem biologischen Signalverstärker im Gehirnwellen-Signalprozessor 3A zugesendet, wonach der beschriebene Vorgang der Lichtreizung wiederholt wird. Deshalb wird, wenn die Hervorrufung der gewissen Gehirnwelle beginnt, ein biologischer Schwingkreis mit einer durch das EEG-Signalhervorrufsystem und den Benutzer gebildeten geschlossenen Schleife eingerichtet, und nur ein den hervorzurufen gewünschten Gehirnwellen entsprechendes Signal läuft in der geschlossenen Schleife um, so daß nur der Alpha-Rhythmus stark hervorgerufen wird, was den Benutzer rasch in den gewünschten hervorgerufenen EEG-Zustand versetzt.
Bei der zweiten Ausführung kann der Batteriekasten 90 auch in anderen Positionen als dargestellt an der Gehirnwellenhervorruf-Terminaleinheit 2A angeordnet werden, und die indifferente Elektrode 52A kann auch an dem Ohrläppchen des rechten Ohres angebracht werden.
Der Batteriekasten 90 kann weggelassen werden, wenn eine Sromversorgungs-Batterie in dem Gehirnwellen-Signalprozessor 3A selbst untergebracht wird. Der Gehirnwellen-Signalprozessor 3A und der Batteriekasten 90 können getrennt von der Gehirnwellenhervorruf-Terminaleinheit 2A untergebracht sein und können entweder an einer Seite des Benutzers oder an dem Gürtel des Benutzers angesetzt werden. Statt die Erdelektrode 51A an der Stirn des Benutzers anzubringen, kann sie in Form einer Ringelektrode bestehen, die aus elektrisch leitendem Kupfer hergestellt und über eine Fingerspitze oder ein Handgelenk des Benutzers gepaßt wird.

Dritte Ausführung

Ein EEG-Signal-Hervorrufsystem nach einer dritten Ausführung nach Fig. 7 bis 9 ist dazu ausgelegt, daß der Benutzer sich auf das durch den Lichtemitter 6A ausgesendete blinkende Reizlicht konzentrieren läßt, um eine bessere EEG-Hervorrufwirkung zu erreichen.
Das EEG-Signalhervorrufsystem, allgemein in Fig. 7 bis 9 mit 1B bezeichnet, umfaßt eine Gehirnwellenhervorruf-Terminaleinheit 2A, die identisch zu der Gehirnwellenhervorruf-Terminaleinheit 1A der zweiten Ausführung ist, zwei Ohrdeckel oder Schallschirme 21 und zwei Ohrdeckel-Anbringungen 43, an denen die Ohrdeckel 21 gehalten werden.
Da bei der Anordnung nach Fig. 7 bis 9 jedes Geräusch von externen Quellen durch die Ohrdeckel 21 abgeschirmt oder abgeschwächt ist, kann sich der Benutzer, um einen größeren EEG- Hervorrufeffekt zu erreichen, geistig auf das blinkende Licht von dem Lichtemitter 6A konzentrieren. Um zu verhindern, daß der Gurt 40 durch das Gewicht der Ohrdeckel und der Anbringungen 43 nach unten gezogen wird, und um auch das leichte Anbringen und Abnehmen der Gehirnwellen-Hervorruf-Terminaleinheit 2A zu ermöglichen, kann der Gurt 40 mit einem Hilfsgurt 44 kombiniert werden, der sich vertikal um den Kopf H des Benutzers erstreckt und mit dem Gurt 40 und den Anbringungen 43 verbunden ist. Statt der Ohrdeckel 41 können auch Ohrstopfen zum Einsetzen in die Ohren benutzt werden, um das Geräusch auszuschließen.

Vierte Ausführung

Fig. 10 bis 13 zeigen ein EEG-Signalhervorrufsystem nach einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Das allgemein mit 1C in Fig. 10 bezeichnete EEG-Signalhervorrufsystem besitzt eine Gehirnwellen-Hervorruf-Terminaleinheit 2C in Form eines Helms, der an dem Kopf H eines Benutzers angebracht werden kann, und einen Gehirnwellen-Signalprozessor 3C, die an der Gehirnwellen-Hervorruf-Terminaleinheit 2C befestigt ist. Ein Batteriekasten als Stromversorgung ist in dem Gehirnwellen-Signalprozessor 3C untergebracht. Die Gehirnwellen-Hervorruf-Terminaleinheit 2C umfaßt einen Kopfdeckel 4C zum Anbringen an dem Kopf H, Gehirnwellen-Erfassungselektroden 50C, 51C, 52C, einen Lichtemitter 6C zum Erzeugen eines Lichtreizes, einen Lichtschirm 22 und zwei Ohrkissen oder Schallschirme 21C.
Wie in Fig. 11 gezeigt, besitzt der Kopfdeckel 4C einen Außenmantel 45, der aus irgendeinem von verschiedenen Materialien wie Kunststoff, Metall usw. gefertigt sein kann, und ein Kissenteil 46 aus einem weichen Material, z.B. einem Schwamm. Das Kissenteil 46 dient dazu, den Außenmantel 45 an dem Kopf H in seiner Lage zu halten und den Kopf H gegen Stöße zu schützen.
Wie in Fig. 10, 11 und 13 gezeigt, besitzt der Außenmantel eine darin bestimmte Öffnung vor den Augen des Benutzers, und der Lichtschirm 22 ist an dem Außenmantel 45 so angebracht, daß er die Öffnung bedeckt. Der Lichtschirm 22 besitzt eine Lichtschirmtafel 22C und zwei Anbringungsarme 23 mit seitlichem Abstand voneinander. Die voneinander abgewendeten Enden der Lichtschirmtafel 20C sind an den Anbringungsarmen 23 mittels Schrauben 24 befestigt. Die Anbringarme 23 sind in den jeweiligen Schwenkstiften 25 seitlich vom Kopfdeckel 4C zur Schwenkbewegung um die Schwenkstifte 25 angebracht Aus diesem Grund kann der Lichtschirm 20C zwischen einer unteren Position, in der er die Öffnung in dem Kopfdeckel 4C bedeckt, und einer oberen Position, in der er diese Öffnung freigibt, bewegt werden.
Der Lichtemitter 6C, der eine LED oder dergleichen umfassen kann, ist an der Innenfläche der Lichtschirmtafel 20C innerhalb des Gesichtsfeldes des Benutzers angebracht
Die Referenzelektrode 50C und die Erdelektrode 51C, die in Knopfform vorhanden sind, sind an der Innenfläche des Außenmantels 45 so angebracht, daß sie gegen in Seitenrichtung voneinander mit Abstand versehene Flächenbereiche der Stirn des Benutzers angedrückt werden. Diese Elektroden 50C, 51C sind über jeweilige Polsterteile 53C aus einem schwammartigen Material, wie bei der zweiten und der dritten Ausführung, an dem Außenmantel 45 angebracht.
Der Gehirnwellen-Signalprozessor 3C, der in einem aus Kunststoff, Metall oder dergleichen hergestellten Gehäuse untergebracht ist, ist integral an der Außenfläche des Außenmantels 45 in der Nähe des linken Ohrs des Benutzers angebracht. Der Gehirnwellen-Signalprozessor 3C besitzt einen Signalpegel-Einstellknopf 30 und verschiedene Steuerschalter 31 (z.B. einen Wahlschalter zum Auswählen einer hervorzurufenden Gehirnwelle) und nimmt in sich den (nicht gezeigten) Batteriekasten auf. Der Gehirnwellen-Signalprozessor 3C besitzt Eingangsklemmen, an welchen die Referenzelektrode 50C und die Erdelektrode 51C über Kabel 60C angeschlossen sind. Die Ausgangsklemme des Gehirnwellen-Signalprozessors 3C ist über ein (nicht gezeigtes) Kabel mit dem Lichtemitter 6C verbunden.
Die indifferente Elektrode 52C in Form einer Spange zum Anbringen an dem linken Ohr des Benutzers ist innerhalb des Außenmantels 45 vom Gehirnwellen-Signalprozessor 3C innen angebracht und ist mit dem Gehirnwellen-Signalprozessor 3C über ein Kabel 54C verbunden.
Das EEG-Signalhervorrufsystem 1C mit dem genannten Aufbau erlaubt es dem Benutzer, sich auf den durch den Lichtemitter 6C hervorgerufenen Lichtreiz zu konzentrieren, um besser die Gehirnwellen hervorzurufen, da sein Kopf im Gebrauch von der helmförmigen Terminaleinheit 2C umschlossen ist. Die Ohrkissen 21C, die aus schwammartigem Material bestehen, sind an der Innenfläche des Außenmantels 45 so angebracht, daß sie die Ohren des Benutzers bedecken und Geräusche abschirmen. Das EEG-Signalhervorrufsystem 1C kann besser externes Licht und externe Geräusche abschirmen, um in höherem Maße Gehirnwellen hervorzurufen.

Fünfte Ausführung

Ein EEG-Signal-Hervorrufsystem nach einer fünften Ausführung besitzt einen Gehirnwellen-Signalprozessor, wie er in Fig. 14 gezeigt ist.
Der allgemein mit 3D bezeichnete Gehirnwellen-Signalprozessor des EEG-Signalhervorrufsystems 1D enthält einen Verstärker 7D für biologische Signale, ein Bandpaßfilter 8D, das an der Ausgangsklemme des Verstarkers 7D für biologischee Signale angeschlossen ist, eine Schaltung mit automatischer Verstärkungssteuerung (automatic gain control AGC) 32, die an der Ausgangsklemme des Bandpaßfilters 8D angeschlossen ist, und eine LED-Ansteuerung 33, die an der Ausgangsklemme der AGC- Schaltung 32 angeschlossen ist. Die Ausgangsklemme der LED-Ansteuerung 33 ist mit einem Lichtemitter 6D verbunden. Der Gehirnwellen-Signalprozessor 3D enthält auch einen Mikrocomputer 34, der mit dein Verstärker 7D für biologische Signale, dem Bandpaßfilter 8D, der AGC-Schaltung 32 und der LED-Ansteuerung 33 verbunden ist.
Die AGC-Schaltung 32 dient dazu, das Reizsignal auf einem konstanten Pegel zu halten, so daß irgendwelche Amplitudenschwankungen des vom Lichtemitter 6D emittierten Lichtsignals minimalisiert werden. Die LED-Ansteuerung 33 bewirkt eine Spannungs/Strom-Wandlung am Ausgangssignal der AGC-Schaltung 32, um den Lichtemitter 6D zur Lichtmodulation anzusteuern.
Der Mikrocomputer 34 steuert den Betrieb der verschiedenen vorgenannten Komponenten des Gehirnwellen-Signalprozessors 3D. Insbesondere überwacht der Mikrocomputer 34 das Ausgangs Signal von dem Verstärker 7D für biologische Signale. Wenn der Pegel des Ausgangssignals vom Verstäker 7D für biologische Signale einen bestimmten Referenzpegel übersteigt, beurteilt der Mikrocomputer 34 das Ausgangssignal als Rauschen. Zu diesem Zeitpunkt beaufschlagt der Mikrocomputer 34 die LED eines Indikators 91, die entweder an der von dem Benutzer getragenen Terminaleinheit oder getrennt von der Terminaleinheit ist, oder beaufschlagt einen Lautsprecher 92, oder ändert den Intervall, mit dem das durch den Lichtemitter 6D emittierte Licht blinkt, oder beaufschlagt den Lichtemitter 6D kontinuierlich oder entregt ihn. Speziell sind die Gehirnwellen-Signale von sehr geringer Intensität in dem Frequenzbereich von 4 bis 30 Hz. Falls der Pegel der durch die Elektroden 50D, 51D, 52D aufgenommenen Signale außerordentlich groß oder deren Frequenz zu hoch ist, wird durch den Mikrocomputer 34 bestimmt, daß die aufgenommenen Signale andere als Gehirnwellen-Signale sind, d.h. beispielsweise Netzrauschen, das von der normalen Stromversorgung eingeführt wird.
Ein photoelektrisches Gerät 93, z.B. ein Cds oder ein Phototransistor, ist als ein Lichtfühler zum Erfassen von Umgebungslicht an den Mikrocomputer 34 angeschlossen, um die LED-Ansteuerung 33 zu steuern, so daß die Helligkeit des Lichtreizsignals in Abhängigkeit von der Umgebungs-Helligkeit verändert werden kann. Wenn die Umgebungs-Helligkeit niedrig ist, wird die Helligkeit des Lichtreizes abgesenkt, und wenn die Umgebungs-Helligkeit hoch ist, wird auch die Helligkeit des Lichtreizes erhöht.
Die Gehirnwellen-Signale und andere Daten können von dem Mikrocomputer 34 durch einen Funksender gesendet oder durch einen Infrarotsignal-Übertrager übermittelt werden, der einen Lichtemitter 94 wie eine LED besitzt, zu einem Datenbearbeitungs-System (nicht dargestellt), um die Daten aufzuzeichnen oder auszuwerten. Ein Lichtdetektor 95, beispielsweise ein Phototransistor zum Aufnehmen von Steuersignalen ist an dem Mikrocomputer 34 angeschlossen zur Fernsteuerung der Helligkeit des Lichtreizes, des Pegels der Lichtmodulation und des Durchlaßbandes des Bandpaßfilters 8D.
Der Mikrocomputer 34 kann auch programmiert werden, verschiedene andere Funktionen zu schaffen. Z.B. kann er eine Zeitgeberfunktion besitzen, um den Lichtemitter 6D zu einem vorgegebenen Zeitpunkt zu beaufschlagen oder einen Anzeiger oder einen Summer zu beaufschlagen, um das Eintreten eines voreingestellten Zeitpunktes anzuzeigen. Der Mikrocomputer 34 kann auch eine automatische Abschaltfunktion besitzen, um die Stromversorgung automatisch abzuschalten, wenn eine voreingestellte Zeit verstrichen ist, falls der Benutzer in Schlaf fällt. Weiter kann der Mikrocomputer 34 eine Überwachungsfunktion für die Stromversorgung besitzen, um die Batteriespannung in dem Batteriekasten zu überwachen und eine Batterie-Entladung schon im voraus anzuzeigen.

Sechste Ausführung

Fig. 15 zeigt einen Verstärker für biologische Signale eines EEG-Signalhervorrufsystems nach einer sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Der allgemein mit 7E bezeichnete Verstärker für biologische Signale enthält Pufferverstärker 70, 71, einen Differentialverstärker 72, einen Schalter 73, um einen Elektrodenkontaktfehler zu erfassen, und Anschlußklemmen 74 bis 78.
Die Klemme 74 ist mit dem Schalter 73 verbunden. Die Klemme 75 ist mit einer (nicht dargestellten) Referenzelektrode verbunden. Die Klemme 76 ist mit einer (nicht dargestellten) indifferenten Elektrode verbunden. Die Klemme 77 ist mit einer (nicht gezeigten) Erdelektrode verbunden. Die Klemme 78 ist mit einem (nicht gezeigten) Bandpaßfilter verbunden. Über die Klemmen 75, 76 zugeführte Gehirnwellen-Signale werden durch die jeweiligen Pufferverstärker 70, 71 eingestellt. Dann wird das Potential der Kopfhaut des Benutzers durch den Differentialverstärker 72 abgezogen, der ein Signal erzeugt, bei dem das Nullpotential der indifferenten Elektrode als Referenz benutzt wird.
Der Schalter 70 dient dazu, um zu bestimmen, ob die Referenzelektrode und die Erdelektrode in gutem elektrischen Kontakt mit der Kopfhaut des Benutzers gehalten werden. Bevor der EEG-Signalhervorruf-Vorgang begonnen wird, wird der Schalter 73 während einer vorbestimmten Zeitlänge eingeschaltet, so daß ein Wechselspannungssignal mit einer Frequenz von etwa 10 Hz, analog zu einem Gehirnwellen-Signal, von einem (nicht gezeigten) Oszillator durch die Klemme 74 und den Schalter 73 zum Pufferverstärker 70 geführt wird. Der durch die Referenzelektrode und die Erdelektrode hergestellte Kontakt kann dann geprüft werden in Abhängigkeit von dem Pegel des in Reaktion auf das Wechselsignal von 10 Hz erzeugten Ausgangssignals. Wenn insbesondere die Erd- und die Referenzelektrode in gutem Kontakt mit der Stirn des Benutzers gehalten werden, ist die Impedanz zwischen diesen Elektroden gering, und das Wechselsignal von 10 Hz, das durch den Schalter 73 zugeführt wird, fließt durch einen Kurzschluß zwischen den Elektroden. Deswegen ist das Ausgangssignal von 10 Hz vom Differentialverstärker 72 von geringem Pegel. Falls die Differential- und die Erdelektrode nicht in gutem Kontakt mit der Stirn des Benutzers gehalten werden, ist die Impedanz zwischen diesen Elektroden hoch und das Wechselsignal von 10 Hz wird fast in seiner Gesamtheit über den Schalter 73 an den Differentialverstärker 72 angelegt. Demzufolge besitzt das Ausgangssignal mit 10 Hz vom Differentialverstärker 72 einen hohen Pegel. Irgendein Überwachungssystem unter Benutzung eines Mikrocomputers oder dergleichen überwacht den Pegel des Ausgangssignals von 10 Hz und kann so ein Kontaktversagen bei der Referenz- und der Erdelektrode erfassen vor dem Beginn eines EEG-Signalhervorruf-Vorgangs. Nachdem der genannte Überwachungs- und Überprüfungsvorgang beendet ist, wird der Schalter 73 geöffnet, d.h. abgeschaltet.

Claims

1. System zum Hervorrufen eines Elektroenzephalogramm-(EEG)Signals von dem Gehirn eines Benutzers, welches System umfaßt Kopfgeschirr-Mittel (4) zum Anbringen an dem Kopf des Benutzers; lichtemittierendes Mittel (6) zum Anlegen eines ein EEG-Signal hervorrufenden Reizes an die Augen des Benutzers; und Elektrodenmittel (5), um durch den Benutzer erzeugte Gehirnwellen zu erfassen; dadurch gekennzeichnet, daß das lichtemittierende Mittel (6) integral an dem Kopfgeschirr-Mittel (4) angebracht ist und daß die Elektrodenmittel integral so an dem Kopfgeschirr-Mittel (4) angebracht sind, daß sie sich automatisch in einer erwünschten Position gegen die Kopfhaut des Benutzers anlegen und sich in einer Position zum Erfassen der Gehirnwellen des Benutzers befinden.

2. System nach Anspruch 1, welches weiter Lichtschirm-Mittel (20) umfaßt, das an dem Kopfgeschirr-Mittel (4) angebracht ist, um die Augen des Benutzers zu bedecken und sie gegen externes Licht abzuschirmen.

3. System nach Anspruch 2, bei dem das lichtemittierende Mittel (6) an einer dem Gesicht des Benutzers zugewendeten Oberfläche des Lichtschirm-Mittels (20) angebracht und innerhalb des Gesichtsfeldes des Benutzers positioniert ist.

4. System nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das Elektrodenmittel (5) an dem Lichtschirm-Mittel (20) zur Anlage gegen die Kopfhaut des Benutzers angeordnet ist.

5. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Kopfgeschirr-Mittel (4) ein Band (40) umfaßt, das um den Kopf des Benutzers getragen werden kann.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Kopfgeschirr-Mittel (4) einen den Kopf des Benutzers umschließenden Helm umfaßt.

7. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, das weiter enthält ein elastisches Auspolsterungs-Teil (53), wobei das Elektrodenmittel (5) durch das elastische Auspolsterungs- Teil (53) an dem Kopfgeschirr-Mittel (4) befestigt ist.

8. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, das weiter eine indifferente Elektrode (52) zum Anbringen an einem Ohrläppchen umfaßt.

9. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, das weiter an dem Kopfgeschirr-Mittel (4) angebrachtes Schallschirm- Mittel umfaßt, um die Ohren des Benutzers gegen externen Schall abzuschirmen.

10. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, das weiter einen Gehirnwellen-Signalprozessor (3) umfaßt, der auf Gehirnwellensignale von dem Elektrodenmittel (5) reagiert durch Erzeugen eines Reizsignals mit einer Frequenz, die der einer hervorzurufenden Gehirnwelle entspricht, und durch Anlegen des Reizsignals an das lichtemittierende Mittel (6).

11. System nach Anspruch 10, bei dem der Gehirnwellen-Signalprozessor (3) integral an einer Gehirnwellenhervorruf- Terminaleinheit (2) angebracht ist.

12. System nach Anspruch 11 in Abhängigkeit vom Anspruch 2, bei dem der Gehirnwellen-Signalprozessor (3) an dem Lichtschirmmittel (20) angebracht ist, wodurch der Gehirnwellen-Signalprozessor (3) integral an der Gehirnwellenhervorruf-Terminaleinheit (2) angebracht ist.

13. System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem der Gehirnwellen-Signalprozessor (3) Filtermittel (8) enthält, um nur ein der hervorzurufenden Gehirnwelle entsprechendes Frequenzkomponentensignal aus den Gehirnwellensignalen auszuwählen und das Frequenzkomponentensignal als das Reizsignal zu erzeugen.

14. System nach Anspruch 13, bei dem das Filtermittel (8) eine Vielzahl von auswählbaren Frequenz-Durchlaßbändern besitzt.

15. System nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem der Gehirnwellen-Signalprozessor (3) Sensormittel (93) zum Erfassen der Umgebungshelligkeit enthält und Mittel (34), um den Pegel des Reizsignals in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit zu steuern.

16. System nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei dem der Gehirnwellenprozessor (3) Eingabe/Ausgabe-Mittel (94,95) enthält, um Information zu einem externen Gerät zu übertragen und Information von ihm zu empfangen.

17. System nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei dem der Gehirnwellen-Signalprozessor (3) einen Schalter (73) zum Erfassen einer Störung des elektrischen Kontakts des Elektrodenmittels (5) enthält.