WO2023100053A1 - Technisches gerät und verfahren zur störungsfreien reproduzierbaren erzeugung und erfassung sowie zur integrierten analyse und archivierung multisensorischer eeg-daten in der synästhesie - Google Patents

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WO2023100053A1
WO2023100053A1 PCT/IB2022/061448 IB2022061448W WO2023100053A1 WO 2023100053 A1 WO2023100053 A1 WO 2023100053A1 IB 2022061448 W IB2022061448 W IB 2022061448W WO 2023100053 A1 WO2023100053 A1 WO 2023100053A1
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stimulus
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electrodes
eeg
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Hans L. Trinkaus
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Trinkaus Hans L
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/369—Electroencephalography [EEG]
    • A61B5/377—Electroencephalography [EEG] using evoked responses
    • A61B5/381—Olfactory or gustatory stimuli
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/40—Detecting, measuring or recording for evaluating the nervous system
    • A61B5/4005—Detecting, measuring or recording for evaluating the nervous system for evaluating the sensory system
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6802—Sensor mounted on worn items
    • A61B5/6803—Head-worn items, e.g. helmets, masks, headphones or goggles

Definitions

  • the invention concerns an apparatus that provides an optimal experimental environment for generating and acquiring reproducible data by means of perceptual stimulation and a method that controls the workflow of successive steps and analyzes the resulting data. In this way, in particular, "interactions" between different sensory stimuli can also be recognized.
  • Electroencephalography registers as a measuring method the differences in the electrical field potentials emanating from the brain, more precisely the potential fluctuations of the dendritic synapses of neuron associations that are particularly close to the surface (excitatory and inhibitory potentials). It is a painless and harmless measure for the user, which can be repeated as often as desired.
  • the EEG plays an important role in the overall system of the invention.
  • Synesthesia mainly refers to the coupling of two or more physically separate modalities of perception. It comes about through the intertwining of sensory modalities. A sensory stimulus from one sensory modality elicits an additional perception in at least one other sensory modality or submodality of a sensory. This means that, for example, tones “strip” over the skin, taste sensations take on different “shapes” or movements are accompanied by a “sound”. Other examples relate to the connection between color and temperature (“warm green”), sound, music and spatiality .
  • synaesthesia is the perception of sensory stimuli by co-excited processing centers of a sensory organ in the brain when another organ is stimulated.
  • some phenomena that also show positive effects, especially with connections with the sense of smell “Scents help with learning and remembering", i.e. the sense of smell supports learning during sleep. The sense of smell also helps with recalling memories.
  • the device applies a series of precisely defined (optical, acoustic, olfactory, ...) stimuli to the user. These cause temporal reaction courses in certain, i. A. Several, brain regions. Cascades of potentials arise, which overlap and propagate to the surface of the head. The resulting sum potentials produce an i. A. Several electrode positions EEG signals that the device records, analyzes and, if necessary, also archives.
  • the invention makes use of the knowledge that variations in the stimuli for potential generation (e.g. different patterns or light intensities in optical stimuli, different tone sequences or volumes in acoustic stimuli) cause changed "stimulus responses" in the observed EEG signals .
  • Proposed is an attachment for a person's head, the attachment is coupled to a first control unit.
  • electrodes are provided on the attachment for recording brain currents or brain potentials.
  • the EEG electrodes lead to the first control unit.
  • the first control unit has a microprocessor which is able to record signals from the electrodes or from the electrodes in a time-related manner via an AD converter.
  • the first control unit is coupled to an actuator or controls it, which is capable of releasing a fragrance as a stimulus in a flow in pulses from at least one pressurized cartridge.
  • the signals at the electrodes have a level of EEG signals in order to record and evaluate a group of potentials caused by chemosensory or at least their chemosensory-influenced temporal sections in relation to time.
  • the electrodes are those used in picking up EEG signals, which describes their shape and structure.
  • the attachment can have additional components:
  • an attachment is coupled with a control unit, virtual glasses and headphones.
  • the attachment has electrodes for recording brain currents or brain potentials, which electrodes (via a conductive coupling) lead to the first control unit.
  • the first control unit has a microprocessor which is able to record signals from the electrodes or from the electrodes in a time-related manner via an AD converter.
  • the first control unit is coupled to an actuator which releases a moistened air flow from a pressurized first cartridge and, separately from this, is able to feed a pulsed fragrance into the air flow as a stimulus.
  • the signals from the electrodes have a level of EEG signals, or vice versa, the electrodes are adapted to pick up such signals in order to record a group of chemosensory-induced potentials or at least their chemosensory-influenced temporal sections in a time-related manner. They can preferably not be evaluated on the human head. This can be offline. However, since it is not a surgical or therapeutic treatment, nor is it a diagnostic method, it could be measured in humans.
  • a distance between adjacent electrode points is 10% or 20% of the total length of an imaginary line from nasion to inion and between the two preauricular points (see FIG. 4). The respective dot spacing is therefore dependent on the individual head length.
  • the positions on the head surface provide the corresponding designations of the electrodes; frontopolar (Fp), frontal (F), temporal (T), central (C), parietal (P) and occipital (O).
  • the corresponding earlobe electrodes (A1 and A2) serve as reference points for the derivation - two grounding electrodes attached to both sides of the mastoid - to avoid hum noise.
  • the invention makes use of the knowledge that the choice of the triggering agent/stimulus is of crucial importance for generating chemosensory potentials. It allows the received signal to be differentiated and interpreted.
  • a substance that stimulates the olfactory system in a purely targeted manner such as vanillin, H 2 S or PEA, is used.
  • the trigeminal system can be specifically stimulated with menthol or CO 2 .
  • the stimulus duration is, for example, 200 msec, and the stimulus is presented repeatedly, at least 8 times. Preferably at least 10 times. This in a period of 480 seconds ⁇ 12% in order to obtain a sufficient number of artifact-free measurement results for reliable "averaging", cf. paragraph [36], a frequency of 250 Hz is sufficient for the derivation of the EEG.
  • Interstimulation intervals of 30sec to 45sec are considered ideal intervals between the stimuli.
  • the air flow required for the presentation should have a flow rate of 7 to 8 l/min and, because of the accompanying sensory innervation to be prevented and for better standardization, have a humidity of 70% to 80% and a temperature of 36°C to 38°C .
  • the entire device or the control unit is controlled via a PC.
  • a camera can be installed in order to check the general status of the user and to detect physical or other abnormalities at an early stage and, for example, to check the localization of the nosepiece. Monitoring is possible over the entire period using an additional monitor.
  • a curtain attached between the apparatus and the user is used to shield optical stimuli and provide spatial separation.
  • acoustic influences e.g. B. the clicking of the olfactometer valves during the impulses or background noise in the room, so-called "white noise" with a volume of at least 80 dB is played to the user via headphones.
  • a concentration game is sometimes used to stabilize the practitioner's vigilance and level of alertness during the session period.
  • a randomly moving colored rectangle appears on the desktop visible to the user. The user is required to hold a joystick controlled cursor within the bounds of this rectangle.
  • a monitor can be positioned at eye level and at a distance of approximately 2 m from the seated user.
  • This "tracking task” unit fulfills several functions. Accelerated and sudden eye movements are the main cause of artifacts in the EEG derivations. As a result of the slow movement of the targeted object, both the eyes are kept open and the gaze is stabilized The user's attention is normalized by paying attention to what is happening and by being able to influence the simple course of the game to a minimum.
  • Figure 1 outlines some components of the overall system.
  • FIG. 2 is an example of an EEG with measurement points that can be relevant for chemosensory evoked potentials.
  • FIG. 3 shows mean EP courses (EP: evoked potentials), triggered by trigeminal nociceptive and olfactory stimuli, with subsequent effects over the time axis.
  • FIG. 4 shows positions of reference leads in a 10/20 distribution on the attachment (planar projection of electrode positions according to the international 10-20 system).
  • Figure 5 is a potential map of an evoked potential [from Goodin (1999)].
  • FIG. 6 explains different manifestations of evoked potentials caused by stimuli of different strengths; here using the example of acoustic stimuli, i.e. surface conduction (Cz against connected mastoids) and evoked potentials at five different stimulus intensities from 60 dB to 100 dB projected over one another, with amplitude differences of the Nl/P2 component.
  • acoustic stimuli i.e. surface conduction (Cz against connected mastoids)
  • evoked potentials at five different stimulus intensities from 60 dB to 100 dB projected over one another, with amplitude differences of the Nl/P2 component.
  • Figure 7 is an example of virtual glasses (Fraunhofer IIS).
  • Figures 8a and 8b provide examples of possible attachments (modern bicycle helmets).
  • FIGS. 9a and 9b show grid elements with possible positioning of the electrodes (ellipsoidal and circular electrode grid).
  • Figures 10a and 10b show examples of current EEG caps together with cabling, from the front and from the back (bathing cap-like EEG caps and EEG derivations, front and back, sources: abasinstrumente.bmbwf.gv.at / Brain-Imaging -Lab, University of Ulm).
  • the subsequently filed figures are schematic representations of the priority date colored originals, which are referred to even if they are not published.
  • the subsequently submitted illustrations should meet the required form requirements, not introduce any extensions.
  • a cap, hood, braid, or special helmet hereinafter simply: helmet, e.g. similar to a modern bicycle helmet, as an example of an attachment; similar to one of Figures 8a or 8b.
  • the helmet is physically connected to a control unit or to the web via cable or wirelessly via Bluetooth etc. - or it works offline/stand-alone, with software integrated in the helmet.
  • the helmet can be made of material that can be sterilized at any time with little effort.
  • the material of the helmet contains electrically conductive components (e.g. wire mesh or sheet metal) to shield against external interference fields (Faraday cage).
  • electrically conductive components e.g. wire mesh or sheet metal
  • the helmet comes in multiple sizes, compared to shoe sizes; Using prefabricated markings (see also FIG. 9), electrodes etc. can be placed/attached very precisely and also easily. E.g. along the crest line Fz, Cz, Pz, on the two earlobes Al, A2 and at the "wink point" Fp2.
  • the headphones are also suitable for performing synesthetic manipulations involving the sense of hearing.
  • Fragrances can be added (program-controlled) in the "inner tube” of the supply line(s) and fed to the nostril(s). It can be controlled and triggered in a similar way to eye pressure measurements, preferably with a "virtual spectacle attachment” (cf. below) existing tablet or smartphone or control element/microprocessor.
  • the air flow/scents can be supplied via a (possibly specially simplified/modified) olfactometer or via air/gas cartridges integrated into the helmet, which are attached to the back, for example.
  • the cartridges are preferably three. One as an air reservoir under pressure, two other, smaller ones, which contain the odorants mentioned below, preferably two different odorants. They are controlled by the first control unit, which is coupled to one, preferably three, functionally independent actuators (together one actuator). One of the pressurized cartridges delivers humidified air, another a first fragrance, and the other a second fragrance in the flow as a stimulus to the subject. Each of the flows is released by an actuator in each case, controlled by the control unit.
  • the helmet also has potentials for the earlobes, sensors for measuring body temperature, skin resistance, etc.
  • a (miniaturized) computer unit on the helmet which is integrated, for example, in the "virtual glasses attachment", such as a tablet or smartphone; it is used to carry out the odor tests, to control the air/scent flows, and for recording of the resulting EEG signals, for storage, output/display and, if necessary (via cable or wireless) transmission of the results.
  • the computer unit controls all synesthetic manipulations, particularly those relating to the sense of smell.
  • the software in the tablet, smartphone or separate microprocessor enables the execution of different scenarios (sequences of procedural steps).
  • An AD converter records the signals and converts them to digital values for the microprocessor.
  • a sampling raster of a few msec can be programmed, or a sampling time that satisfies the Shannon theorem. With the very low-frequency signals of the EEGs, 1 msec to 5 msec are sufficient.
  • the potentials of the EEG signals at the electrodes (or for the electrodes) can be amplified by an analogue amplifier before being AD-converted.
  • the software carries out a check (of the contacts, etc.) for correctness.
  • the software controls the respective technical components (air flow, randomized scent flow stimuli) and shows the associated concentration/distraction images on the display /Movies and, if necessary, also provides optical or acoustic distraction.
  • the software is also particularly suitable for controlling synesthetic manipulations involving optical or acoustic stimuli.
  • the software records the resulting EEG signals (as time series), calculates transformed data if necessary (FFT etc.), extracts relevant variables (minima, maxima, amplitudes, time periods, ...), compares threshold values, categorizes etc.
  • the software accesses reference data, such as general data on "usual reactions", but also individual data (possibly the user's archive data).
  • the software carries out target/actual comparisons regarding observed vs. referenced data.
  • the “virtual glasses” according to FIG. 7 and the helmet according to one of FIGS. 8a or 8b can be provided with “appendages”. These include e.g. headphones, EEG leads, temperature sensors, cable connections between the components and in particular a tablet or smartphone, preferably in the glasses attachment, which serves as a "miniaturized PC”.
  • Figure 1 shows an overview of this.
  • Consumables include phenylethyl alcohol (PEA) and CO 2 ; their costs are negligible.
  • PDA phenylethyl alcohol
  • CO 2 carbon dioxide
  • the attachment eg as a helmet according to one of FIGS. 8a and 8b
  • the attachment would possibly be used personally (again and again, like a blood pressure monitor that is handy today), but it could also be easily sterilized for multiple use.
  • the software checks (via fingerprint, speech recognition, etc.) who the user is and, if necessary, creates forgery-proof documentation of the process steps carried out.
  • FIG. 72 An exemplary representation of a chemosensory evoked potential (with stimulus onset time of stimulus application, relevant measurement points, etc.) is shown in Figure 2.
  • the choice of the triggering agent/stimulus allows differentiation and interpretability of the signal obtained. If you want to obtain a pure olfactory potential, a substance that stimulates the olfactory system in a purely targeted manner, such as H 2 S or PEA, can be used.
  • the trigeminal system can be specifically stimulated with CO 2 .
  • ERP for "event-related potential”
  • OERP for olfactory and CSSERP or tERP for chemosensory or trigeminal ERP.
  • ERPs are classified according to several aspects: According to the 10/20 positioning of the electrodes (e.g. Fz, Cz, Pz, ...), at which the signals are recorded, according to the stimulus applied (e.g. acoustic , visual, olfactory), according to the chronological sequence of negative and positive amplitude maxima starting from the point in time of the stimulus (stimulus onset), according to the time delays of these maxima (latency periods), ...
  • the stimulus applied e.g. acoustic , visual, olfactory
  • ISI Interstimulation intervals
  • the air flow used for the presentation should have a flow rate of 7 to 8 l/min and, because of the accompanying sensory innervation to be prevented and for better standardization, an air humidity of 70% to 80% and a temperature of 36°C to 38°C °C.
  • the individual steps of the entire process chain can be controlled via a PC and software developed for this purpose, which is used to display different types of stimuli (olfactory, optical, acoustic), stimulus intensities or stimulus concentrations and stimulus times as well as the corresponding desired ISI in stimulus classes to be defined and read out for the application.
  • the PC also combines the registration of the signals recorded by the EEG amplifier units. They are saved on the PC and evaluated by extended programs.
  • Phenylethyl alcohol (2-phenylethanol, C 8 HI 0 O, PEA) is a colourless, liquid and light-sensitive chemical compound from the alcohol group. It is found naturally in the essential oils of hyacinths, peonies, geraniums and numerous other flowers. Synthetically producible, it is used as a raw material for "sweet" floral scents. This substance is considered to be one of the few purely olfactory stimulating substances and is therefore particularly suitable for the given question.
  • CO 2 carbon dioxide
  • CO 2 is a chemical compound of carbon and oxygen. It is a colorless and odorless gas that has been shown to cause selective stimulation of the trigeminal system nasally. In the test setup referenced here, concentrations of between 40% by volume. and 60% by volume used.
  • Electrodes on the earlobes and the grounding electrodes on both sides of the mastoid were provided as unipolar reference points.
  • the nose piece in the example a Teflon tube with a plastic cap and a diameter of 2 mm
  • the nosepiece should be about 1.5 cm in the vestibule.
  • the headphones can be used for the noise shielding already mentioned.
  • PI is found around 200 msec to 250 msec, NI in a time window of 200 msec to 700 msec, and P2 between 300 msec and 800 msec after the onset of the stimulus.
  • these times are shifted to the left by about 50 msec on the time axis (references 2, 3).
  • the early and middle potential components are essentially dependent on the physical stimulus parameters, e.g. B. the brightness in the visually evoked potential, determined and therefore referred to as exogenous components. They occur up to about 100 msec after the onset of the stimulus. Potential maxima can be derived from the sensory brain areas that are excited by the specific stimulus. Potential peaks, which occur with a (very short) latency period of up to approx. 10 msec, do not arise in the cortex but in the brainstem and are referred to as brainstem potentials.
  • Figure 6 shows an example of dependencies between stimulus strength (volume) and stimulus response.
  • FIG. 1 shows the technical components of the attachment, not all of which are required together for every synaesthetic application.
  • the "olfactory components" can also be missing.
  • a base component is similar to a modern bicycle helmet, which can weigh less than 200 g. Provided with appropriate, possibly adjustable contact surfaces, it is very comfortable to wear.
  • Several structural variants are possible: closed, lattice-shaped, etc., with a lattice-shaped structure not only being lightweight but also ensuring good ventilation and also facilitating manual readjustment that may be required or desired.
  • a helmet has an advantage: it is relatively easy to produce different variants according to a fine head size grid, and individual helmets can also be manufactured, e.g. using the injection molding process or by means of 3D printing, so that a "personal helmet " is created as an attachment, comparable to a “foamed personal ski boot”.
  • Such disruptive influences can be averted by incorporating electrically conductive materials into suitably designed helmet structures (e.g. as a closed or honeycomb shell).
  • the helmet functions (or acts) as a Faraday cage.
  • the arrangement of the electrodes on or in the helmet can correspond to a standard grid, but they can also be based on the individual head shape of the user, as already mentioned above with regard to the design of different helmet shapes.
  • FIG. 9 show two examples of such segments.
  • the electrode positions can assume an ellipsoidal electrode grid or a circular electrode grid, as outlined in FIG.
  • the upright diamonds represent flexible plastic elements that can be incorporated into the helmet segments at the 10/20 positions.
  • the light circles represent possible, alternative positions into which an electrode can be inserted or screwed.
  • a "suitable choice" of the position(s) depends on an individual, real head shape (of the helmet wearer). If an electrode is then inserted or screwed in far enough for sufficient contact to the head surface to be established, the pretension and/or flexibility of the plastic element, for example, ensure that the contact between the electrode and the head surface is also maintained permanently, without the wearer having a strong feeling of discomfort pressure sensitivity adjusts.
  • the quality of the contact can also be displayed by a test component of the disclosed control program.
  • a test component of the disclosed control program For higher demands on the quality of the EEG data to be recorded, an even further improvement in the electrical contact can be achieved by using suitable electrode gels or electrode pastes.
  • the electrodes are connected to the shielded cables in the helmet and thus also components in the Faraday cage.
  • One of the most commonly used is a "minimum configuration" that includes the electrodes Fz, Cz and Pz, which are placed in the center/crown area of the helmet.
  • Additional sensors can be installed in the helmet segments, e.g. a temperature sensor for checking or monitoring the helmet wearer.
  • a chip, a smart card, a USB stick or similar can also be attached to one of the helmet segments (by plugging or gluing), with which the EEG signals can be recorded, stored and also forwarded immediately.
  • the basic components presented so far i. H.
  • the helmet and electrodes - possibly with a "communication chip” and other sensors - form the minimum version that can be used for EEG recording.
  • the connection to commercially available recording and evaluation devices is possible via wired or wireless interfaces.
  • the minimal version is particularly suitable for recording sleep EEGs, since additional accessories would tend to interfere in these cases, or for resting EEGs.
  • mobile EEGs as a further area of application, since the wearer of the attachment can move freely due to its robustness (including permanently stable, elastic, mechanical and electrical contact of the electrodes to the scalp; shielding against external interference fields).
  • Headphones can fulfill several functions.
  • Acoustic stimuli can be communicated very directly to a user through headphones, additional external (interfering) devices are then no longer necessary.
  • instructions e.g. on the course of the session, can be conveyed easily (and again undisturbed) via headphones.
  • the headphones shield the user from unwanted acoustic interference from the outside and thus contribute to obtaining artifact-free EEG acquisitions.
  • the headphones are integrated into the helmet or easily attached (via the plug/click system) and removed again.
  • the necessary wiring is also done here using shielded cables to or in the helmet body.
  • Glasses can contain different components in different combinations.
  • virtual glasses can be used to generate visual stimuli of any complexity and precision.
  • external devices PCs, screens, stroboscopes, etc.
  • the display of the device belonging to the user can also be used for display, on the one hand to convey visual stimuli, but on the other hand also for optical information, to maintain vigilance, for entertainment, distraction , Etc.
  • a tablet T In addition to its usability as a display, a tablet T can also be used as a central control and monitoring unit. As a result, the complete intelligence of the system is integrated on site.
  • Apps installed on it make the system self-sufficient from other external components. There are also other advantages: Protected against unauthorized access, the smartphone can save its owner's historical data from previous EEG sessions and compare this directly with newly recorded data and draw valid conclusions from it. Furthermore, an EEG "BrainPrint” can serve as a personal forgery-proof ID card as soon as it has been created once with certification. This ID card could also be used together with a currently recorded EEG test result for a verified certificate.
  • the glasses more precisely, the complete glasses attachment, can be provided with shielding materials.
  • a pane of transparent EMC glass for example, is used for this purpose, which is located between the devices and the field of vision of the wearer.
  • Additional sensors can also be integrated into the goggle attachment, e.g. for registering eye movements, which play a major role in the creation of artifacts in EEG recordings.
  • An external olfactometer can be connected to the system for conducting EEG sessions with olfactory stimuli.
  • the attachment can also be supplemented with appropriate hardware and software.
  • Cartridges which are fixed to the back of the attachment and can be replaced if necessary, are available in different versions. They contain the fragrances used, which trigger olfactory stimuli, e.g. H 2 S and/or PEA, and, if desired as a "control substance", also CO 2 .
  • the constant flow of air is supported by compressed air, which is in a another cartridge, or if necessary it can also be generated by an air flow that is supplied via a hose connection from a fan or blower.
  • the central control unit regulates the temporal and quantitative proportions of the fragrances via actuators Ai also attached to the helmet, e.g. in the form of solenoid valves.
  • the cartridges, air/fragrance supplies, actuators, etc., including their cabling are designed and installed in such a way that they do not interfere with EEG recording.
  • the system is a modular system from which, depending on the planned EEG application, the necessary components are put together, e.g. with easily detachable plug, screw, click or magnet connections.
  • the kit not only represents a technical device, it also consists of a method for trouble-free, reproducible generation and recording as well as for the integrated analysis and archiving of multi-sensory EEG data. This is explained below using fictitious EEG scenarios.
  • a helmet that fits the person is determined. If it is a first-time application, a helmet is chosen according to the size of the head or hat. Then the electrode positions are set, checked and adjusted if necessary according to a standardized system. If the electrode positions were already saved as a "head impression" during a previous application, these settings can be made again immediately. If the person has an individual helmet, the adjustment steps are unnecessary.
  • a software component - which is either integrated in the helmet chip, which is accessed via an interface (wired or wireless) or which has been installed, for example, as an app on the smartphone - can determine the positions of the electrodes and the qualities of the received EEG signals. Necessary readjustments of the electrodes can be carried out easily or even by hand due to the easy accessibility.
  • Performing a resting EEG, a sleep EEG, or a "mobile EEG” requires no other components apart from the helmet.
  • the recorded EEG signals are stored on the helmet chip , transferred via an interface to an external storage medium (laptop, PC, etc.) or stored internally (on a tablet or smartphone).
  • An analysis or further processing can take place parallel to the recording (externally on a laptop, PC, etc., internally on a tablet or smartphone) or at a later point in time.
  • pre-processing As well as the analysis and, if necessary, further processing of the EEG data, there is an abundance of software, some of which is freely available (open source), for example at MathWorks (de.mathworks.com), specifically in the Matlab toolbox (sccn.ucsd.edu/eeglab), at OpenBCI (openbci.com), at LETSWAVE (letswave.org) or at NOCIONS (nocions.org), just to name a few.
  • MathWorks de.mathworks.com
  • Matlab toolbox sccn.ucsd.edu/eeglab
  • OpenBCI openbci.com
  • LETSWAVE letswave.org
  • NOCIONS noions.org
  • the software packages also offer a wide range of special processing methods suitable for EEG analyses: (standard) averaging methods; Time-Frequency Analysis (TFA), with Fourier/Wavelet-Transforms; artifact rejection; Blind Source Separation (BSS); space-temporal filtering; Independent Component Analysis (ICA); Etc.
  • TAA Time-Frequency Analysis
  • BSS Blind Source Separation
  • ICA Independent Component Analysis
  • These processing methods include in particular the frequency-amplitude methods.
  • headphones as an additional component, an integrated implementation of EEG sessions is possible. Corresponding potentials are generated by auditory stimuli that affect the user, the recorded EEG signals are then analyzed, possibly further processed and/or archived. Analogously to the options described above, the generation of the acoustic stimuli can be triggered via helmet chip, externally controlled by a laptop, PC, etc. or internally by the integrated tablet or smartphone. The above also applies to the analysis of the resulting EEG data.
  • time-frequency-amplitude methods are also selected here from the abundance of processing methods for the EEG results.
  • Glasses virtual glasses, VR glasses, smartphone glasses, Certainly, which are fixed to the front of the helmet, can add another component to the system.
  • a tablet, display or Smartphone becomes the “glasses” for the central control unit of the system and fulfills several functions. It optically shields the user from undesirable external environmental influences, it also enables necessary information to be communicated "in writing”, it can be used to entertain a user with a video game, for example, to maintain vigilance - and it can present visual stimuli in order to To be able to generate initiated potentials and carry out EEG analyzes based on them.
  • the “glasses” or the smartphone using appropriate software (apps), enables the control and monitoring of the entire course of an EEG process, in which other components are also involved as is the case with “synesthetic sessions", in which different stimuli of a visual, acoustic or olfactory nature occur.
  • the “glasses” also manage the recording, evaluation, archiving and, if necessary, presentation of the resulting session results, whereby the mutual dependencies of the various stimuli (optical, acoustic, olfactory, ...) are also shown.
  • the system can be supplied with the air flow and the scents via a (specially simplified, i.e. modified) olfactometer or via air/gas cartridges integrated into the helmet, which are attached, for example, to the back, and so on .act as a physical "counterbalance" to the glasses.
  • a (specially simplified, i.e. modified) olfactometer or via air/gas cartridges integrated into the helmet, which are attached, for example, to the back, and so on .act as a physical "counterbalance" to the glasses.
  • the cartridges are addressed by a (technical) control unit T via functionally independent actuators Ai (also control elements), which are also integrated in or on the attachment.
  • Ai also control elements
  • One of the pressurized cartridges delivers humidified air, another delivers a first fragrance and the other a second fragrance into the flow as a stimulus to the user.
  • Each of the flows is released by an actuator, controlled overall by the control unit, which can be a hardware or software component of the glasses.
  • This control unit can play a key role in conducting EEG sessions with olfactory stimuli. It controls and follows the entire process of the individual process steps, in particular it controls or triggers the air or scent flows, it records the resulting EEG signals, stores them internally or transmits them wirelessly or via cable to an external medium .
  • CSERP Chemosensory event-related potentials

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Abstract

Praktische und wirtschaftliche Anwendungen findet Synästhesie in Disziplinen, wie Architektur, Design, Kunst, Medieninformatik, Medizin, Psychologie, Soziologie oder Wirtschaft. Das zugehörig adaptierte technische Gerät sollte an nahezu jedem Ort einsetzbar, mit geringen Kenntnissen bedienbar, sterilisierbar, ressourcenschonend und kostengünstig sein. Dies als Aufsatz für den Kopf einer Person, die Materialien des Aufsatzes sind abschirmend gegen von außen einwirkende elektromagnetische Störfelder, der Aufsatz gekoppelt mit einer ersten Steuereinheit (T). Die erste Steuereinheit (T) ist an ein Stellorgan (A1) gekoppelt oder steuert dieses an, welches aus zumindest einer unter Druck stehenden Kartusche (K1) einen Duftstoff als Stimulus in einer Strömung pulsweise freizugeben in der Lage ist (LDZ1). Der Duftstoff ist geeignet, ein chemosensorisch ereigniskorreliertes Potenzial zu erzeugen, indem er eine spezifisch olfaktorische oder trigeminale Reizung auslöst. Von Bedeutung ist ein steiler Anstieg der Reizflanke. Innerhalb von 20 msec sind mindestens 66% der Reizkonzentration zu erreichen. Die Reizdauer beträgt bspw. 200 msec, und die Reizung wird wiederholt, mindestens 8 bis 10 mal, präsentiert. Die erste Steuereinheit (T) hat einen Mikroprozessor, der die Ansteuerung eines solchen Stimulus hinsichtlich Startzeitpunkt, Reizflanke, Reizkonzentration und Reizdauer nach vorgegebener Taktung wiederholt vornimmt. Der Aufsatz ist gekoppelt mit einer ersten Steuereinheit (T) und mit Elektroden (E1 bis E4) zur Aufnahme von Hirnströmen oder Hirnpotenzialen, welche Elektroden zu der ersten Steuereinheit (T) führen. Die erste Steuereinheit (T) hat einen Mikroprozessor, der Signale aus den oder von den Elektroden (E1 bis E4) über einen AD-Wandler zeitbezogen aufzuzeichnen vermag. Die Signale der Elektroden (E1 bis E4) haben einen Pegel von EEG-Signalen, um eine Gruppe von chemosensorisch verursachten Potenzialen oder zumindest deren chemosensorisch beeinflussten zeitlichen Abschnitte zeitbezogen aufzuzeichnen. Für die Ableitung des EEG ist eine Frequenz von 250 Hz verwendet. Durch Summation der abgeleiteten reizsynchronen EEG-Abschnitte werden positive und negative Schwankungen addiert, während sich die zufällig ablaufende EEG-Spontanaktivität herausmittelt. Die ereigniskorrelierten Potenziale werden so vom Hintergrundrauschen getrennt.

Description

Technisches Gerät und Verfahren zur stoerungsfreien reproduzierbaren Erzeugung und Erfassung sowie zur integrierten Analyse und Archivierung multisensorischer EEG-Daten in der Synaesthesie
[1] Die Erfindung befasst sich mit einem Gerät, das eine optimale Versuchsumgebung darstellt, um reproduzierbare Daten mittels Stimulierungen der Wahrnehmungssinne zu erzeugen und zu erfassen, und mit einem Verfahren, das den Workflow aufeinanderfolgender Schritte steuert und die resultierenden Daten analysiert. Damit können insbesondere auch „Wechselwirkungen" zwischen verschiedenen Sinnes-Stimuli erkannt werden.
[2] Gerät und Verfahren sind hier als eng verknüpfte Teile eines Gesamtsystems zu verstehen. Durch den speziellen Aufbau des technischen Gerätes werden Umgebungsbedingungen geschaffen, welche Voraussetzung für eine erfolgreiche Durchführung von synästhetischen Manipulationen sind, die entsprechende Ergebnisdaten liefern. Diese entstehen aus den Reaktionen der Anwender auf die vom Verfahren vorgegebenen Schritte. Die vom Gerät erfassten Daten werden durch das Verfahren analysiert, weiterverarbeitet und archiviert.
[3] Die Elektroenzephalographie (EEG) registriert als Messmethode die Differenzen der vom Gehirn ausgehenden elektrischen Feldpotenziale, genaugenommen der Potentialschwankungen der dendritischen Synapsen von besonders oberflächennah gelegenen Neuronenverbänden (exzitatorische und inhibitorische Potenziale). Es ist eine für den Anwender schmerzlose und unschädliche Maßnahme, die beliebig oft wiederholt werden kann. Die EEG spielt im Gesamtsystem der Erfindung eine bedeutende Rolle.
[4] Synästhesie bezeichnet hauptsächlich die Kopplung zweier oder mehrerer physisch getrennter Modalitäten der Wahrnehmung. Sie kommt durch die Verflechtung von Sinnesmodalitäten zustande. Ein Sinnesreiz von einer Sinnesmodalität löst eine zusätzliche Wahrnehmung in mindestens einer anderen Sinnesmodalität oder Submodalität eines Sinnes aus. Das bedeutet, dass beispielsweise Töne über die Haut „streichen", Geschmacksempfindungen verschiedene „Formen" bekommen oder Bewegungen von einem „Klang" begleitet werden. Weitere Beispiele betreffen etwa die Verbindung Farbe und Temperatur („warmes Grün"), Ton, Musik und Räumlichkeit.
[5] Im engeren Sinne ist Synästhesie die Wahrnehmung von Sinnesreizen durch miterregte Verarbeitungszentren eines Sinnesorgans im Gehirn, wenn ein anderes Organ gereizt wird. Dazu beispielhaft einige Phänomene, die durchaus auch positive Auswirkungen zeigen, insbesondere mit Verbindungen mit dem Geruchssinn: „Düfte helfen beim Lernen und Erinnern", d.h. der Geruchssinn unterstützt das Lernen im Schlaf. Der Geruchssinn hilft auch beim Abrufen von Erinnerungen. Manche können Farben riechen und Musik sehen ...". „Mozart kann grün klingen, Bach bspw. rot." Dies alles sind keine medizinischen Anwendungen. Also keine chirurgischen oder therapeutischen Behandlung(en) des menschlichen oder tierischen Körpers und auch keine Diagnostizierverfahren, die am menschlichen oder tierischen Körper vorgenommen werden. Es ist eine Wahrnehmung von Sinnesreizen, die Kreuz- und Parallelwahrnehmungen sind, von einem zu einem anderen Sinnesorgan, zwischen denen viele Schulmediziner glauben oder meinen, dass keine Kopplung bestehe. Dazu oben die Beispiele, man nimmt nicht an, dass Farben mit dem Geruchssinn erfahren werden (abgesehen von den enthaltenen chemischen Lösungsmitteln, die hier nicht gemeint sind und bei Druckfarben oder digitalen Farben an Sichtschirmen auch nicht entstehen).
[6] Diese Querverbindungen und Überschneidungen besser verstehen und nutzen zu können, ist daher einerseits von großem wissenschaftlichem, anderseits aber auch von großem praktischem und wirtschaftlichem Interesse - bspw. im Bereich des Marketings, beim Gestalten von Multimedia oder von „Erlebniswelten", etc.
[7] Praktische und wirtschaftliche Anwendungen findet Synästhesie in Disziplinen, wie Architektur, Design, Kunst, Medieninformatik, Medizin, Psychologie, Soziologie, oder in der Wirtschaft.
[8] Wünschenswert wären daher ein einfach handhabbares Gerät und ein Verfahren, das Verarbeitungsprozesse der Synästhesie, und insbesondere die gegenseitige Beeinflussung verschiedener Sinneswahrnehmungen, erkennt und unterstützt. Das Gerät sollte an nahezu jedem Ort einsetzbar, mit geringen Kenntnissen bedienbar, sterilisierbar, ressourcenschonend, kostengünstig etc. sein.
[9] Das Gerät übt - erfindungsgemäß - auf den Anwender eine Serie exakt definierter (optischer, akustischer, olfaktorischer, ...) Stimuli aus. Diese bewirken zeitliche Reaktionsverläufe in gewissen, i. A. mehreren, Gehirnregionen. Es entstehen Kaskaden von Potenzialen, die sich überlagern und an die Kopfoberfläche propagieren. Die daraus resultierenden Summenpotenziale produzieren an i. A. mehreren Elektrodenpositionen EEG- Signale, die das Gerät erfasst, analysiert und bei Bedarf auch archiviert.
[10] Anforderungen sind nachfolgend skizziert: Das technische Gerät mit integrierter Prozesssteuerung, hier kurz als „Helm" bezeichnet, ermöglicht folgendes ...
[11] die einfache, autarke Erzeugung reproduzierbarer (optischer, akustischer, olfaktorischer, ...) Stimuli, da alle Verfahrensschritte per Helm an beliebigem Ort erfolgen können, gesteuert durch die (im Chip / Smartphone des Helmes) integrierte CPU;
[12] oben genannte Stimuli-Erzeugungen zu beliebigen Zeitpunkten (im Millisekunden- Bereich) und in beliebig skalierbarer Dauer und Intensität (hinsichtlich Startzeitpunkt, Reizflanke, Reizkonzentration und Reizdauer) und vorgegebenen Taktungen; [13] Kombinationen oben genannter Stimuli-Erzeugungen beliebiger Komplexität, da jedes optische, akustische, olfaktorische (und unter Verwendung eines Hand-Sensor-Sticks auch haptische) Szenario im Helm kombiniert werden kann;
[14] die störungsfreie Erzeugung oben genannter Stimuli, die ebenfalls störungsfrei resultierende Entstehung und die ebenfalls störungsfrei erfolgende Erfassung resultierender EEG-Signale, da alle Verfahrensschritte durch den Helm gegen unerwünschte, von außen einwirkende (optische, akustische, ...) Einflüsse isoliert und gegen von außen einwirkende elektromagnetische Störungen abgeschirmt ausgeführt werden können;
[15] die Erfassung resultierender EEG-Signale an jedem Aufenthaltsort, zu beliebigen Zeitpunkten, mit stets gleichem "Setting", da jeder Anwender sich frei bewegen und prinzipiell seinen eigenen Helm verwenden kann;
[16] die einfache Erkennung von EEG-Veränderungen bei wiederholten Anwendungen, durch Verwendung desselben Helmes mit gleichen Einstellungen, was Normierungen erleichtert bzw. erübrigt;
[17] die Erzeugung, Erfassung, Analyse und Archivierung personenbezogener, geschützter Daten, da diese (bei Bedarf) nur autark, d. h. „Helm-intern", verwaltet werden;
[18] die komplette Durchführung synästhetischer Sitzungen und vollständiger Neuro- Feedback-Kreisläufe, da Input-, Output- und Feedback-Schritte im gleichen (Helm-) System erfolgen.
[19] Anspruch 1, 21 oder 23 oder auch 24 lösen das Problem. Die abhängigen Ansprüche geben unverbindliche, indes vorteilhafte Optionen an.
[20] Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass Variationen in den Stimuli zur Potentialgenerierung (bspw. unterschiedliche Muster oder Lichtstärken in optischen Reizen, unterschiedliche Tonfolgen oder Lautstärken in akustischen Reizen) veränderte „Reiz- Antworten" in den beobachteten EEG-Signalen bewirken.
[21] Aber auch unterschiedliche Wachheitsgrade ändern das typische Erscheinungsbild eines EEG, erkennbar in den veränderten Grundfrequenzmustern. Daneben können Muskelaktivität oder erhöhte Schweißbildung ebenfalls Artefakte und Überleitungsstörungen auslösen.
[22] Nicht zuletzt bewirken auch elektromagnetische Störfelder, verursacht durch elektrische Geräte wie bspw. Smartphones, unerwünschte Artefakte in den EEG-Antworten.
[23] Zunächst wird nun primär auf das Arbeiten mit olfaktorischen Stimuli Bezug genommen: [24] Vorgeschlagen wird ein Aufsatz für den Kopf einer Person, der Aufsatz ist gekoppelt mit einer ersten Steuereinheit. Außerdem sind an dem Aufsatz Elektroden vorgesehen, zur Aufnahme von Hirnströmen oder Hirnpotenzialen. Die EEG-Elektroden führen zu der ersten Steuereinheit. Die erste Steuereinheit weist einen Mikroprozessor auf, der Signale aus den Elektroden oder von den Elektroden über einen AD-Wandler zeitbezogen aufzuzeichnen vermag. Die erste Steuereinheit ist an ein Stellorgan gekoppelt oder steuert dieses an, welches aus zumindest einer unter Druck stehenden Kartusche einen Duftstoff als Stimulus in einer Strömung pulsweise freizugeben in der Lage ist. Die Signale an den Elektroden besitzen einen Pegel von EEG-Signalen, um eine Gruppe von chemosensorisch verursachten Potenzialen oder zumindest deren chemosensorisch beeinflussten zeitlichen Abschnitte zeitbezogen aufzuzeichnen und auszuwerten. Mit anderen Worten sind die Elektroden solche, die beim Abgreifen von EEG-Signalen verwendet werden, was ihre Form und Struktur umschreibt.
[25] Um darüber hinaus auch mit optischen und akustischen Stimuli arbeiten zu können, kann der Aufsatz über weitere Komponenten verfügen:
[26] Alternativ ist ein Aufsatz gekoppelt mit einer Steuereinheit, einer virtuellen Brille und einem Kopfhörer. Der Aufsatz besitzt Elektroden zur Aufnahme von Hirnströmen oder Hirnpotenzialen, welche Elektroden (über eine leitende Kopplung) zu der ersten Steuereinheit führen. Die erste Steuereinheit weist einen Mikroprozessor auf, der Signale aus den Elektroden oder von den Elektroden über einen AD-Wandler zeitbezogen aufzuzeichnen vermag. Die erste Steuereinheit ist an ein Stellorgan gekoppelt, welches aus einer unter Druck stehenden ersten Kartusche einen angefeuchteten Luftstrom freigibt und getrennt davon in den Luftstrom einen gepulsten Duftstoff als Stimulus einzuspeisen in der Lage ist.
[27] Die Signale der Elektroden haben einen Pegel von EEG-Signalen, oder andersherum, die Elektroden sind angepasst solche Signale aufzunehmen, um eine Gruppe von chemosensorisch verursachten Potenzialen oder zumindest deren chemosensorisch beeinflussten zeitlichen Abschnitte zeitbezogen aufzuzeichnen. Bevorzugt nicht am menschlichen Kopf können sie ausgewertet werden. Das kann offline sein. Da es indes keine chirurgische oder therapeutische Behandlung ist, und auch kein Diagnostizierverfahren, könnte es am Menschen gemessen werden.
[28] Für die am häufigsten verwendete Methode der EEG-Ableitung wird eine unipolare Referenzableitung mit in 10/20-Verteilung auf der Kopfhaut platzierten Elektroden, insbes. als Oberflächenklebeelektroden genutzt.
[29] Ein Abstand benachbarter Elektrodenpunkte beträgt jeweils 10 % oder 20 % der Gesamtlänge einer von Nasion zu Inion und zwischen beiden präaurikulären Punkten gedachten Linie (vgl. Figur 4). Damit sind die jeweiligen Punktabstände von der individuellen Kopflänge abhängig. [30] Die Positionen auf der Kopfoberfläche liefern die entsprechenden Bezeichnungen der Elektroden; frontopolar (Fp), frontal (F), temporal (T), zentral (C), parietal (P) und okzipital (O).
[31] Die entsprechenden Ohrläppchen-Elektroden (Al und A2) dienen als Referenzpunkte der Ableitung - zwei Erdungselektroden, beidseitig am Mastoid angebracht - zur Vermeidung von Störbrummen.
[32] Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass zur Erzeugung chemosensorischer Potenziale die Wahl des auslösenden Agens/Reizes von entscheidender Wichtigkeit ist. Sie erlaubt eine Differenzierung und Interpretierbarkeit des erhaltenen Signals. Für ein olfaktorisches Potenzial wird ein rein gezielt das olfaktorische System stimulierender Stoff wie z.B. Vanillin, H2S oder PEA verwendet. Das trigeminale System kann spezifisch mit Menthol oder CO2 erregt werden.
[33] Zur standardisierbaren Generierung chemosensorischer Reize kann ein Gerät dienen, dessen Entwicklung bereits im Jahr 1888 durch den niederländischen Physiologen Hendrik Zwaardemaker begann. Anfang der 1970er-Jahre erschienen die ersten Messsysteme auf dem Markt, die jetzt „Olfaktometer" genannt werden. Dieses Hilfsmittel bietet die Möglichkeit, einen sensorischen Stimulus in einen konstanten, angefeuchteten und temperierten Luftstrom einzubetten. Es ist damit technisch möglich, in Zeitfenstern von weniger als 20 msec einen Geruchsstoff anfluten und abfluten zu lassen. Besonders wichtig ist der steile Anstieg der Reizflanke. Dabei sollten innerhalb von 20 msec mindestens 66 % der Reizkonzentration erreicht sein.
[34] Die Reizdauer beträgt bspw. 200 msec, und die Reizung wird wiederholt, mindestens 8mal, präsentiert. Bevorzugt mindestens lOmal. Dies in der Zeitspanne von 480sec ±12%, um ausreichend viele Artefakt-freie Messergebnisse für ein zuverlässiges "Averaging" zu erhalten, vgl. dazu Absatz [36], Für die Ableitung des EEG genügt eine Frequenz von 250 Hz.
[35] Als ideale Intervalle zwischen den Reizen gelten Interstimulationsintervalle von 30sec bis 45sec. Der für die Präsentation notwendige Luftstrom sollte über eine Flussrate von 7 bis 8 l/min verfügen und wegen der zu verhindernden begleitenden sensiblen Innervation und zur besseren Standardisierbarkeit eine Luftfeuchte von 70% bis 80% und eine Temperatur von 36°C bis 38°C aufweisen. Die Ansteuerung des gesamten Gerätes oder der Steuereinheit erfolgt über einen PC.
[36] Durch Summation der abgeleiteten reizsynchronen EEG-Abschnitte werden positive und negative Schwankungen addiert, während sich die zufällig ablaufende EEG-Spontanaktivität herausmittelt. Die ereigniskorrelierten Potenziale werden so vom Hintergrundrauschen getrennt. Es ergeben sich Resultate, wie bspw. in Figur 3 dargestellt. [37] Um eine Vergleichbarkeit von Untersuchungen mithilfe der Olfaktometrie zu ermöglichen, erfolgt eine Normierung der Testbedingungen.
[38] Störende Einflussgrößen auf den Anwender werden minimiert. Um sowohl den Allgemeinstatus des Anwenders zu überprüfen und körperliche oder sonstige Auffälligkeiten frühzeitig zu erkennen als auch bspw. die Lokalisation des Nasenstücks zu kontrollieren, kann eine Kamera installiert sein. Über den gesamten Zeitraum ist die Überwachung mittels eines zusätzlich aufgestellten Monitors möglich. Zur optischen Reizabschirmung und räumlichen Trennung dient ein zwischen Apparatur und Anwender angebrachter Vorhang. Zur Abschirmung vor akustischer Beeinflussung, wie z. B. dem Klicken der Olfaktometer-Ventile während der Impulse oder Nebengeräuschen im Raum, wird dem Anwender über einen Kopfhörer ein so genanntes „weißes Rauschen" mit einer Lautstärke von zumindest 80 dB eingespielt.
[39] Zur Stabilisierung der Vigilanz und des Wachheitsgrads des Anwenders während des Zeitraums der Sitzung wird bisweilen ein Konzentrationsspiel eingesetzt. Auf dem für den Anwender sichtbaren Desktop erscheint ein sich zufällig bewegendes farbliches Rechteck. Der Anwender ist aufgefordert, einen durch einen Joystick angesteuerten Cursor in den Grenzen dieses Rechteckes zu halten.
[40] Ein Monitor kann auf Augenhöhe und in einem Abstand von etwa 2 m zum sitzenden Anwender positioniert sein.
[41] Diese „Tracking Task"-Einheit erfüllt mehrere Funktionen. Beschleunigte und plötzliche Augenbewegungen stellen die Hauptursache für Artefakte in den EEG-Ableitungen dar. Infolge der langsamen Bewegung des anvisierten Objektes wird sowohl ein Offenhalten der Augen als auch eine Blickstabilisierung erreicht. Die Aufmerksamkeit des Anwenders wird durch Zuwendung zum Geschehen und einer notwendigen minimalen Beeinflussbarkeit des einfachen Spielablaufes normiert.
[42] Beispiele der Erfindung
Figur 1 skizziert einige Komponenten des Gesamtsystems.
Figur 2 ist ein Beispiel eines EEG mit Messpunkten, die bei chemosensorisch evozierten Potenzialen relevant sein können.
Figur 3 zeigt gemittelte EP-Verläufe (EP: evozierte Potenziale), ausgelöst durch trigemino- nozizeptive sowie olfaktorische Stimuli, mit Folgewirkungen über der Zeitachse.
Figur 4 zeigt Positionen von Referenzableitungen in 10/20-Verteilung an dem Aufsatz (planare Projektion von Elektrodenpositionierungen nach dem internationalen 10-20-System). Figur 5 ist eine Potenzialskizze eines evozierten Potenzials [aus Goodin (1999)].
Figur 6 erläutert unterschiedliche Ausprägungen evozierter Potentiale, hervorgerufen durch Stimuli verschiedener Stärke; hier am Beispiel akustischer Reize, also Oberflächenableitung (Cz gegen verbundene Mastoide) und Evozierte Potenziale zu fünf verschiedenen Reizintensitäten von 60 dB bis 100 dB übereinander projiziert, mit Amplitudendifferenzen der Nl/P2-Komponente. Im Original mit farbigen Ausprägungen der verschiedenen Intensitäten, hier mit unterschiedlichen Linienarten repräsentiert.
Figur 7 ist ein Beispiel einer virtuellen Brille (Fraunhofer IIS).
Figuren 8a und 8b vermitteln Beispiele möglicher Aufsätze (moderne Fahrradhelme).
Figuren 9a und 9b zeigen Rasterelemente mit möglichen Positionierungen der Elektroden (ellipsoides und kreisförmiges Elektrodenraster).
Figuren 10a und 10b zeigen Beispiele aktueller EEG-Kappen nebst Verkabelungen, dies von der Frontseite und von der Rückseite (bademützen-ähnliche EEG-Hauben und EEG- Ableitungen, Vorderseite und Rückseite, Quellen: forschungsinfrastruktur.bmbwf.gv.at / Brain-Imaging-Lab, Universität Ulm). Die nachgereichten Figuren sind schematische Wiedergaben der farbigen Originale vom Prioritätstag, auf die Bezug genommen wird, auch wenn sie nicht publiziert werden. Die nachgereichten Abbildungen sollen eingeforderte Formerfordernisse erfüllen, keine Erweiterungen einführen.
[43] Vorgeschlagen wird in weiteren Beispielen der Erfindung ...
[44] Eine Kappe, eine Haube, ein Geflecht oder ein spezieller Helm; nachfolgend einfach: Helm, z.B. ähnlich zu einem modernen Fahrradhelm, als Beispiel eines Aufsatzes; ähnlich zu einer der Figuren 8a oder 8b.
[45] Der Helm ist physisch mittels Kabel oder drahtlos mittels Bluetooth etc. mit einer Steuereinheit oder mit dem WEB verbunden - oder er arbeitet offline/Stand-Alone, mit im Helm integrierter Software.
[46] Der Helm kann aus Material bestehen, das mit geringem Aufwand jederzeit wieder sterilisiert werden kann.
[47] Das Material des Helms enthält elektrisch leitende Komponenten (z.B. Drahtgeflechte oder Bleche), zur Abschirmung gegen von außen einwirkende Störfelder (Faraday-Käfig).
[48] Der Helm ist in mehreren Größen erhältlich, vergleichsweise zu Schuhgrößen; via vorgefertigter Markierungen (vgl. auch Figur 9) können Elektroden etc. sehr positionsgenau und auch einfach aufgesetzt/angesetzt werden. Bspw. längs der Scheitellinie Fz, Cz, Pz, an den beiden Ohrläppchen Al, A2 sowie am "Zwinkerpunkt" Fp2. [49] Am Helm befinden sich Kopfhörer; zur Information / Anleitung / Beschäftigung / Beruhigung des Anwenders. Als Optionen.
[50] Insbesondere sind die Kopfhörer auch zur Durchführung synästhetischer Manipulationen geeignet, bei denen der Gehörsinn involviert ist.
[51] Am Helm befinden sich Zuleitungen zur Zuführung eines ständigen Luftstromes; in der „inneren Röhre" der Zuleitung(en) können Duftstoffe (programmgesteuert) zugefügt und zu der/den Nasenöffnung/en zugeführt werden. Es kann ähnlich gesteuert und getriggert sein wie bei Augendruckmessungen, bevorzugt mit einem im „virtuellen Brillenaufsatz" (vgl. unten) vorhandenen Tablet oder Smartphone bzw. Steuerelement/Mikroprozessor.
[52] Die Versorgung mittels Luftstrom/Duftstoffen kann über ein (ggf. speziell vereinfachtes/modifiziertes) Olfaktometer oder über am Helm integrierte Luft/Gas-Kartuschen erfolgen, die bspw. an der Rückseite angehängt sind.
[53] Die Kartuschen sind bevorzugt drei. Eine als Luftspeicher unter Druck, zwei weitere, kleinere, welche die unten genannten Geruchsstoffe enthalten, bevorzugt zwei verschiedene Geruchsstoffe. Sie werden von der ersten Steuereinheit, die an ein, bevorzugt drei funktionell eigenständige Stellorgane gekoppelt ist (gemeinsam ein Stellorgan) oder diese ansteuert. Eine der unter Druck stehenden Kartuschen liefert angefeuchtete Luft, eine andere einen ersten Duftstoff und die weitere einen zweiten Duftstoff in der Strömung als Stimulus für die Person. Freigegeben wird jede der Strömungen von jeweils einem Stellorgan, gesteuert von der Steuereinheit.
[54] Am Helm befindet sich eine „virtuelle Brille" (etwa ähnlich zu dem Produkt „Oculus" oder zu einer „VR-Bril le" des Fraunhofer IIS), jeweils mit einem Display, ebenfalls zur Information / Anleitung / Beschäftigung / Beruhigung des Anwenders, die u. A. auch als physisches „Gegengewicht" zu den Luft/Gas-Kartuschen dient.
[55] Diese „Brille" ist insbesondere auch zur Durchführung synästhetischer Manipulationen geeignet, bei denen der Sehsinn involviert ist. Die Kombination von Kopfhörern + Display ermöglicht ideale Versuchsumgebungsbedingungen (Ablenkung, Konzentration, Vermeidung von Augenbewegungen, Anleitung für den Anwender, ...).
[56] Am Helm befinden sich auch Potenziale für die Ohrläppchen, Sensoren zur Messung der Körpertemperatur, des Hautwiderstandes etc.
[57] Am Helm befindet sich eine (miniaturisierte) Rechnereinheit, die bspw. im „virtuellen Brillenaufsatz" integriert ist, etwa als Tablet oder Smartphone; sie dient zur Ausführung der Geruchs-Tests, zur Steuerung der Luft/Duft-Ströme, zur Aufzeichnung der resultierenden EEG- Signale, zur Speicherung, Ausgabe/Anzeige und ggf. (via Kabel bzw. drahtlosen) Übertragung der Resultate. [58] Die Rechnereinheit steuert alle synästhetischen Manipulationen, insbesondere den Geruchssinn betreffend.
[59] Verfahren, als weitere Beispiele der Erfindung.
[60] Die Software (im Tablet, Smartphone oder separatem Mikroprozessor) ermöglicht die Ausführung verschiedener Szenarien (Abfolgen von Verfahrensschritten).
[61] Ein AD Wandler nimmt die Signale auf und wandelt sie für den Mikroprozessor auf digitale Werte um. Es kann ein Abtastraster von wenigen msec programmiert sein, oder eine Abtastzeit, die dem Shannon-Theorem genügt. Bei den recht niederfrequenten Signalen der EEGs sind 1 msec bis 5 msec ausreichend. Die Potentiale der EEG-Signale an den Elektroden (oder für die Elektroden) können von einem Analogverstärker verstärkt werden, bevor sie AD gewandelt werden.
[62] Die Software führt zu Beginn einer „Sitzung" eine Prüfung (der Kontakte, etc.) auf Korrektheit durch. Die Software steuert die jeweiligen technischen Komponenten (Luftstrom, randomisierte Duftstrom-Stimuli), zeigt im Display zugehörige Konzentrations/Ablenkungs- Bilder/Movies und sorgt ggf. auch für optische oder akustische Ablenkung.
[63] Die Software ist insbesondere auch zur Steuerung synästhetischer Manipulationen geeignet, bei denen optische oder akustische Stimuli involviert sind.
[64] Die Software erfasst die resultierenden EEG-Signale (als Zeitreihen), berechnet ggf. transformierte Daten (FFT etc.), extrahiert relevante Größen (Minima, Maxima, Amplituden, Zeitspannen, ...), vergleicht Schwellenwerte, kategorisiert etc.
[65] Die Software greift auf Referenzdaten zu, etwa allgemeine Daten zu „üblichen Reaktionen", aber auch auf individuelle Daten (ggf. vorliegende Archivdaten des Anwenders).
[66] Die Software kombiniert diese Werte mit den ebenfalls erfassten Temperaturwerten, etc.
[67] Die Software führt Soll/Ist-Vergleiche bzgl. beobachteten vs. referenzierten Daten durch.
[68] Die "virtuelle Brille" nach Figur 7 und der Helm nach einer der Figuren 8a oder 8b können mit "Anhängseln" versehen sein. Dazu zählen z.B. Kopfhörer, EEG-Ableitungen, Temperatursensor, Kabelverbindungen zwischen den Komponenten und insbesondere auch ein Tablet oder Smartphone, vorzugsweise im Brillenaufsatz, das als "miniaturisierter PC" dient. Figur 1 zeigt hierzu eine Übersicht.
[69] Verbrauchsmaterialien sind bspw. Phenylethylalkohol (PEA) und CO2; deren Kosten sind vernachlässigbar. [70] Der Aufsatz (z.B. als ein Helm nach einem der Figuren 8a und 8b) würde evtl, personenbezogen (immer wieder, wie ein heute handliches Blutdruckmessgerät) genutzt, er wäre aber auch für Mehrpersonennutzung leicht sterilisierbar.
[71] Die Software prüft (via Fingerabdruck, Spracherkennung, etc.), wer der Anwender ist und erstellt ggf. eine fälschungssichere Dokumentation über die durchgeführten Verfahrensschritte.
[72] Eine beispielhafte Darstellung eines chemosensorisch evozierten Potentials (mit Stimulus Onset-Zeitpunkt der Reizapplikation, relevanten Messpunkte etc.) zeigt Figur 2.
[73] Zur Erzeugung chemosensorischer Potentiale erlaubt die Wahl des auslösenden Agens/Reizes eine Differenzierung und Interpretierbarkeit des erhaltenen Signals. Will man ein reines olfaktorisches Potential erhalten, kann ein rein gezielt das olfaktorische System stimulierender Stoff, wie z.B. H2S oder PEA, verwendet werden. Das trigeminale System kann spezifisch mit CO2 erregt werden.
[74] Nachfolgend verwendete Abkürzungen/Termini sind aus dem englischen Sprachgebrauch: ERP für "event-related potential", zu Deutsch "Ereigniskorreliertes Potential"; OERP für olfaktorisches und CSSERP oder tERP für chemosensorisches oder trigeminales ERP.
[75] Die Einteilung von ERPs erfolgt nach mehreren Gesichtspunkten: Nach den 10/20er- Positionierungen der Elektroden (bspw. Fz, Cz, Pz, ...), an denen die Signale erfasst werden, nach dem ausgeübten Stimulus (bspw. akustisch, visuell, olfaktorisch), nach der zeitlichen Abfolge von negativen und positiven Amplitudenmaxima ausgehend vom Reizzeitpunkt (stimulus onset), nach den zeitlichen Verzögerungen dieser Maxima (Latenzzeiten), ...
[76] Mit einem „Olfaktometer" werden notwendige Prinzipien postuliert zur standardisierbaren Generierung chemosensorischer Reize. Dieses Hilfsmittel bietet die Möglichkeit, einen sensorischen Stimulus in einen konstanten, angefeuchteten und temperierten Luftstrom einzubetten.
[77] Es ermöglicht, in Zeitfenstern von weniger als 20 msec einen Geruchsstoff anfluten und abfluten zu lassen. Dies als Stimulus im Sinne eines Pulses. Ziel dabei ist, den Wechsel zwischen einem geruchlosen und einem riechbaren Luftstrom zu realisieren, ohne dadurch Mechano- oder Thermorezeptoren der Riechschleimhaut zu aktivieren oder Habituationen oder Adaptationen bei zu geringer Anstiegssteilheit des Reizes auszulösen. Eine so kurze Zeitspanne ist nicht immer erforderlich, obwohl technisch möglich. Pulsbereiche von unter 250 msec sind ohne weiteres möglich und verglichen mit dem längerfristig aktiven, bevorzugt angefeuchteten und temperierten Luftstrom als Puls zu benennen.
[78] Als ideale Intervalle zwischen den Reizen haben sich Interstimulationsintervalle (ISI) von 30 see bis 45 see erwiesen. Die Wahl des entsprechenden Intervalls wird bestimmt durch die speziellen Anforderungen der Geruchsstimulationen, insbesondere auch in Relation zu anderen (optischen, akustischen, ...) synästhetischen Manipulationen.
[79] Der für die Präsentation verwendete Luftstrom sollte über eine Flussrate von 7 bis 8 l/min verfügen und wegen der zu verhindernden begleitenden sensiblen Innervation und zur besseren Standardisierbarkeit eine Luftfeuchte von 70 % bis 80 % und eine Temperatur von 36°C bis 38 °C aufweisen.
[80] Die Ansteuerung der einzelnen Schritte der gesamten Verfahrenskette kann über einen PC erfolgen und eine für diese Zwecke entwickelte Software, die dazu dient, verschiedene Reizarten (olfaktorische, optische, akustische), Reizintensitäten bzw. Reizkonzentrationen und Stimuluszeiten sowie entsprechend gewünschte ISI in Reizklassen zu definieren und für die Anwendung auszulesen. Der PC vereint in seiner Funktion zusätzlich die Registrierung der durch die EEG-Verstärker-Einheiten erfassten Signale. Sie werden auf dem PC abgespeichert und durch erweiterte Programme ausgewertet.
[81] Dadurch ist es möglich, hinsichtlich Startzeitpunkt, Dauer und Intensität exakte Stimuli (optischer, akustischer oder olfaktorischer Art) reproduzierbar zu erzeugen und die Reaktionen des Anwenders (bspw. mittels EEG-Geräten) zu erfassen. Aus den wiederholt erfassten Signalen lassen sich dann mittels "Averaging-Verfahren" die evozierten Potentiale extrahieren.
[82] Die funktionell zu sehende Haube nach Figur 1 oder Figur 8 mit den zugehörigen Komponenten (Mikroprozessor, AD-Wandler, Steuereinheit und Elektroden sowie Stellorgan, Kartusche und virtuelle Brille und zugehörig ein Kopfhörer) kann auch losgelöst von dem Versuchsaufbau portabel sein.
[83] Verwendete Geruchssubstanzen
[84] Phenylethylalkohol (2-Phenylethanol, C8HI0O, PEA) ist eine farblose, flüssige und lichtempfindliche chemische Verbindung aus der Gruppe der Alkohole. Ihr natürliches Vorkommen findet sie in ätherischen Ölen von Hyazinthen, Pfingstrosen, Geranien und zahlreichen anderen Blumen. Synthetisch herstellbar wird sie als Ausgangsstoff für "süße" Blütendüfte verwendet. Dieser Stoff gilt als einer der wenigen rein olfaktorisch stimulierenden Substanzen und eignet sich daher für die gegebene Fragestellung besonders gut. CO2 (Kohlenstoffdioxid) ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Es ist ein färb- und geruchloses Gas, welches nasal nachweislich eine selektive Stimulation des trigeminalen Systems verursacht. In dem hier referenzierten Versuchsaufbau werden Konzentrationen von zwischen 40 Vol.-%. und 60 Vol.-% verwendet.
[85] Ein Beispiel eines allgemeinen Verfahrensablaufs [86] Eine Darstellung eines chemosensorisch evozierten Potentials ist in Figur 2 abgebildet. Stimulus Onset-Zeitpunkt der Reiz-Applikation ist mit dem vertikalen Pfeil dargestellt, gezeigt sind mögliche, aber nicht alleine zwingende Messpunkte.
[87] In einer typischen Untersuchung genügte einer praktikablen Arbeitsweise wegen für die elektro-enzephalographische Potentialregistrierung eine vereinfachte 6-kanalige Ableitung von den Punkten Fz, Cz, Pz, C3, C4 und einer Messelektrode Fp2 zur Erfassung von Blinzlerartefakten (Referenz 1).
[88] Als unipolare Referenzpunkte waren hier Elektroden an den Ohrläppchen, sowie beiderseitig am Mastoid die Erdungselektroden vorgesehen.
[89] Anschließend wurde das Nasenstück (im Beispiel ein Teflonschlauch mit Plastikkappe und einem Durchmesser von 2 mm) so ausgerichtet, dass einerseits noch eine geringe Restbeweglichkeit, andererseits eine sichere Applikation des Duftimpulses ins Vestibulum Nasi erreicht wurde. Das Nasenstück sollte sich etwa 1,5 cm im Vestibulum befinden. Der Kopfhörer kann der bereits angesprochenen Geräuschabschirmung dienen.
[90] Alle interpretierbaren EPs (optimal je 15 Einzelreize zu jeder Reizklasse) wurden daraufhin dem Mittelungs-Verfahren ("Averaging") unterzogen. Dies ermöglichte die Zuordnung eines spezifischen Signals zu jeder Reizklasse. An jedem Potentialverlauf wurden für die Auswertung relevante Punkte ausgemessen. Zur Mittelung mindestens notwendig waren acht zu jeder Reizklasse gehörende Einzelpotentiale.
[91] Es resultierte eine Kurve mit spezifischen Maxima und Minima (vergleichsweise zu Figur 2). Entsprechend der EEG-Konvention erfolgte die Benennung der Polarität mit N für einen nach oben gerichteten und mit P für einen nach unten gerichteten Kurvenausschlag. Hinsichtlich ihrer Amplituden und ihrer Latenz vom Zeitpunkt der Stimulation ausgehend wurden die Punkte PI, die Nl-Komponente und die in der Nomenklatur der CSERP als P2 bezeichnete Punkt maximaler Kurvenauslenkung bestimmt. (N.B. In der Literatur sind unterschiedliche ± Orientierungen der vertikalen Achse zu finden.)
[92] In OERP findet man PI etwa 200 msec bis 250 msec, NI in einem Zeitfenster von 200 msec bis 700 msec und P2 zwischen 300 msec und 800 msec nach Reizbeginn. Bei dem durch trigeminale Reizung provozierten tERP liegen diese Zeiten etwa 50 msec linksverschoben auf der Zeitachse (Referenzen 2, 3).
[93] Die Relevanz dieser Wechselwirkungen wurde durch Untersuchungen an Patienten mit olfaktorischer Dysfunktion deutlich, die zeitgleich eine reduzierte trigeminale Sensitivität aufwiesen. Das legt den Schluss nahe, dass an einer normalen Funktion des trigeminalen Systems das olfaktorische maßgeblich mitbeteiligt ist (Referenzen 4, 5, 6, 7). [94] Sowohl subjektive Bewertungen mit Lateralisationsversuchen als auch elektrophysiologische Messdaten weisen höhere trigeminale Reizschwellen und damit verminderte Sensitivitäten bei diesen Patienten nach, die im Verlauf ihres Lebens den Verlust des olfaktorischen Riechvermögens beklagen.
[95] Aus Daten psychophysischer Messungen ergaben sich durch die Kombination eines selektiven olfaktorischen Stimulus mit einem rein trigeminalen Reiz signifikante Zunahmen der Intensitätsstärken. Diese waren kontinuierlich und abhängig von der PEA- und der CO2- Konzentration sowohl als Stoffgemisch als auch bei Berücksichtigung der Einzelkomponenten. Steigende Konzentrationen des additiv wirkenden olfaktorischen Stimulus riefen einen kontinuierlichen Anstieg der subjektiv wahrgenommenen Reizstärke hervor.
[96] Diese Beobachtungen trafen für beide untersuchten CO2-Konzentrationsstufen zu. Damit untermauern die Daten die der zurückliegenden Untersuchungen von Kobal und Hummel 1988 sowie von Roscher et al. 1997 und von Livermore et al. 1992. Die in den psychophysischen Messungen gemachten Beobachtungen wurden durch die Ergebnisse der elektrophysiologischen Untersuchungen teilweise bekräftigt. Die Amplitude P2 nahm bei ansteigender PEA-Konzentration kontinuierlich zu, wenn auch nicht signifikant. Die Zunahme der Amplitudendifferenz N1P2 dagegen erwies sich als signifikant. Ebenso signifikant waren erwartungsgemäß die Unterschiede der Amplituden für die zwei trigeminalen Reizstufen. Die Abhängigkeit der Amplitudenstärke von der Konzentration des trigeminalen Reizes wurde damit bestätigt.
[97] Bei allen Sinnesmodaltäten werden die evozierten Potenziale auf die gleiche Weise beschrieben. In Abhängigkeit von der Reizart (akustisch, visuell, olfaktorisch, ...) unterscheiden sich jedoch Form und zeitlicher Verlauf des Potenzials.
[98] Die frühen und mittleren Potenzialkomponenten werden wesentlich von den physikalischen Reizparametern, wie z. B. der Helligkeit beim visuell evozierten Potenzial, bestimmt und daher als exogene Komponenten bezeichnet. Sie treten im Bereich bis ca. 100 msec nach Reizbeginn auf. Potenzialmaxima sind dabei über den sensorischen Hirnarealen ableitbar, die durch den spezifischen Reiz erregt werden. Potenzialgipfel, die mit einer (sehr kurzen) Latenzzeit bis ca. 10 msec auftreten, entstehen nicht im Kortex, sondern im Hirnstamm und werden als Hirnstammpotenziale bezeichnet.
[99] Eine grobe Übersicht hierzu vermittelt Figur 5.
[100] Für akustisch evozierte Potenziale zeigt Figur 6 ein Beispiel zu Abhängigkeiten zwischen Reizstärke (Lautstärke) und Reizantwort.
[101] Bei optisch getriggerten Reizen gilt das Gleiche. Die visuell evozierten Potenziale sind in hohem Maße von technischen Parametern der Stimulation (Monitor, Spiegel, Blitzbrille, Abstand zum Auge) abhängig. (» Wikipedia). Die schematische Darstellung der Figur 1 zeigt technische Komponenten des Aufsatzes, wobei nicht bei jeder synästhetischen Anwendung alle zusammen benötigt werden. So können beispielsweise bei EEG-Sitzungen, bei denen nur akustische und/oder visuelle Stimuli analysiert werden sollen, die „olfaktorischen Komponenten" (Kartuschen, Luft/Duftstoff-Zuführungen, etc.) auch fehlen.
[102] Eine Basiskomponente ist ähnlich einem modernen Fahrradhelm, der ein Gewicht von weniger als 200 g aufweisen kann. Versehen mit entsprechenden, ggf. verstellbaren Auflageflächen hat er hohen Tragekomfort. Mehrere Strukturvarianten sind möglich: geschlossen, gitterförmig, etc., wobei eine gitterförmige Struktur neben einem geringen Gewicht auch für gute Belüftung sorgt und zudem noch ggf. erforderliches oder gewünschtes, händisches Nachjustieren erleichtert.
[103] Dies sind große Vorteile im Vergleich zu den heute üblichen Kopfhauben, Bändern oder Kunststoffgeflechten, die mühsam und langwierig aufzusetzen sind, die oft verrutschen, sich lästig anfühlen und unter denen manche Anwender nach einiger Zeit auch schwitzen.
[104] Eine Standardisierung von Elektrodenpositionen gibt es seit den 1950er Jahren. Nahezu ebenso lange ist jedoch bekannt, dass in etwa 20 % aller Fälle die Kopfgeometrie des Helmträgers sehr stark von der Norm abweicht, so dass ein aufwändiges Nachjustieren von Elektrodenpositionierungen (d. h. Verschieben an Nicht-Standardpositionen) erforderlich ist, um zuverlässige und vergleichbare EEG-Messresultate zu gewinnen (Vgl. R.W. Homan et al.: Cerebral location of international 10-20 system electrode placement. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology, 66, 367 bis 382; 1987).
[105] Auch hierbei ist ein Helm im Vorteil: Relativ einfach lassen sich unterschiedliche Varianten nach einem feinen Kopfgrößenraster herstellen, und darüber hinaus können auch individuelle Helme gefertigt werden, z.B. im Spritzgieß-Verfahren oder mittels 3D-Druck, so dass ein "persönlicher Helm" als Aufsatz entsteht, vergleichbar zu einem "geschäumten persönlichen Skischuh".
[106] Verschiedene Materialien sind möglich, auch solche, mit denen ein transparenter Helm herstellbar ist, so dass damit Positionierung und Andruck der Elektroden mit bloßem Auge auch bei aufgesetztem Helm problemlos überprüfbar sind.
[107] Als Artefakte gelten alle Potentialschwankungen in der EEG-Registrierung, die nicht vom Gehirn ausgehen. Ihre Erkennung und Verhütung ist eines der wichtigsten Probleme in der Elektroenzephalographie. Die zahlreichen möglichen Artefakte kann man unterteilen in personenbezogene bzw. biologische Artefakte und technische Störungen. Die Ersteren werden durch den Anwender selbst verursacht und sind daher oft nicht zu vermeiden. Technische Artefakte sind durch Elektrodendefekte, Kabeldefekte, allgemeine apparative Mängel oder technische Fremdeinwirkungen bedingt. Eine große Rolle spielen 50Hz- Wechselstromstörungen und andere elektromagnetische Störungen, die durch das Ambiente (Smartphones, Laptops, statische Aufladungen, Stroboskope, Olfaktometer, ...) der Laborumgebung verursacht sind (Vgl. Artefakte im EEG. S. Zschocke; Klinische Elektroenzephalographie, 651 bis 685; Springer-Verlag, 2002.)
[108] Solche Störeinflüsse können durch das Einarbeiten elektrisch leitender Materialien in geeignet gestaltete Helmstrukturen (bspw. als geschlossene oder wabenförmige Hülle) abgewehrt werden. Der Helm fungiert (oder wirkt) als Faraday-Käfig.
[109] Die Störanfälligkeit wird weiter reduziert, indem sämtliche Verkabelungen in abgeschirmter Ausführung dauerhaft fest in die Stege oder Waben des Helmes integriert werden. Dadurch treten auch viele Störfaktoren erst gar nicht auf, die sich heute aufgrund des üblichen "Kabelsalats" zwangsläufig ergeben. (Vgl. dazu auch Figuren 10a und 10b).
[110] Die Anordnung der Elektroden am bzw. im Helm kann einem Standard-Raster entsprechen, sie kann sich aber auch an der individuellen Kopfform des Anwenders orientieren, wie oben bereits bei der Gestaltung verschiedener Formen des Helms angesprochen.
[111] Eine weitere Helmvariante als Aufsatz besteht darin, statt der gemäß Norm vorgegebenen Punkt-Positionen für die Elektroden jeweils ein Elektrodensegment mit einem Raster möglicher Elektroden-Positionen einzubauen. Figuren 9 zeigen zwei Beispiele solcher Segmente. Bei erstmaliger Nutzung eines Helmes werden dann zu Beginn der EEG-Sitzung in jedem Elektrodensegment zunächst die Elektrodenpositionen variiert, bis die für den Helmträger (den Anwender) jeweils optimalen Positionen gefunden sind. Diese Positionen werden als „Kopfabdruck" gespeichert, so dass bei einer erneut anstehenden EEG-Sitzung sofort mit idealen Positionen gestartet werden kann.
[112] Die Elektrodenpositionen können ein ellipsoides Elektroden-Raster oder ein kreisförmiges Elektroden-Raster einnehmen, wie in Figuren 9 skizziert.
[113] Die aufrecht stehenden Rauten stellen bspw. flexible Kunststoffelemente dar, die in die Helmsegmente an den 10/20er-Positionen eingearbeitet sein können. Die hellen Kreise stellen mögliche, alternative Positionen dar, in die eine Elektrode eingesteckt bzw. eingedreht werden kann. Eine "passende Wahl" der Position(en) hängt dabei von einer jeweils individuellen, realen Kopfform (des Helm-Trägers) ab. Ist eine Elektrode dann so weit eingesteckt oder eingedreht, dass ein ausreichender Kontakt zur Kopfoberfläche hergestellt ist, sorgen z.B. Vorspannung und/oder Flexibilität des Kunststoffelements dafür, dass der Kontakt zwischen Elektrode und Kopfoberfläche auch permanent eingehalten wird, ohne dass sich für den Träger ein starkes Druckempfinden einstellt.
[114] Die Qualität des Kontaktes kann zusätzlich auch von einer Prüf-Komponente des offenbarten Steuerungsprogrammes angezeigt werden. Bei höheren Ansprüchen an die Qualität der aufzuzeichnenden EEG-Daten kann eine noch weitergehende Verbesserung des elektrischen Kontaktes durch die Verwendung hierfür geeigneter Elektrodengels oder Elektrodenpasten erzielt werden.
[115] In vielen Anwendungsfällen kann ohne Aufträgen von Gel oder Paste abgetastet werden.
[116] Die Elektroden sind mit den abgeschirmten Kabeln im Helm verbunden und somit ebenfalls Komponenten im Faraday'schen Käfig.
[117] In Abhängigkeit vom jeweiligen EEG-Anwendungsbereich (wissenschaftlich, unterhaltungsorientiert - oder auch medizinisch) können ganz unterschiedliche Varianten von Aufsätzen von Interesse sein, die sich insbesondere hinsichtlich der Anzahl benötigter Elektroden unterscheiden.
[118] Mit am häufigsten verwendet wird eine „Minimalausstattung", welche die Elektroden Fz, Cz und Pz beinhaltet, die im Mittel/Scheitel-Bereich des Helms platziert sind. Hinzu kommen weitere, an seitlichen Helmsegmenten positionierte Kontakte für die A1/A2- Ableitungen (Ohrläppchen) sowie am frontalen Helmsegment befindliche Positionierungen für die Fpl- bzw. Fp2-Elektroden, vorgesehen zur Beobachtung von Augenbewegungen.
[119] In den Helmsegmenten kann weitere Sensorik eingebracht sein, z.B. ein Temperatursensor zur Überprüfung oder Überwachung des Helmträgers.
[120] Auf einem der Helmsegmente kann, ebenfalls, ein Chip, eine SmartCard, ein USB- Stick oder Ähnliches, angebracht werden (durch Stecken oder Kleben), womit die EEG-Signale erfasst, gespeichert und auch unmittelbar weitergeleitet werden können.
[121] Die bisher vorgestellten Grundkomponenten, d. h. Helm und Elektroden - ggf. mit „Kommunikations-Chip" sowie weiterer Sensorik, bilden die Minimalversion, die für eine EEG- Erfassung verwendet werden kann. Die Verbindung zu marktüblichen Aufzeichnungs- und Auswertungsgeräten ist über kabelgebundene oder drahtlose Schnittstellen möglich.
[122] Die Minimalversion ist insbesondere geeignet für die Aufzeichnung von Schlaf-EEGs, da in diesen Fällen weiteres Zubehör eher stören würde, oder auch für Ruhe-EEGs. Hinzu kommen „Mobile-EEGs" als weiterer Anwendungsbereich, da sich die Träger des Aufsatzes aufgrund seiner Robustheit (u. A. dauerhaft stabiler, elastischer, mechanischer und elektrischer Kontakt der Elektroden zur Kopfhaut; Abschirmung gegen äußere Störfelder) frei bewegen können.
[123] Für die Durchführung von EEG-Sitzungen mit anderen Schwerpunkten, so etwa bei Beobachtungen von Reaktionen auf verschiedene (akustische, optische, olfaktorische, ...) Stimuli, die auch (aufeinanderfolgend oder gleichzeitig) kombiniert auf den Anwender wirken können, kann das modular aufgebaute System um weitere Komponenten ergänzt werden. [124] Damit entsteht ein "Gesamtpaket", das dazu dient, wechselseitige
Verarbeitungsprozesse der Synästhesie zu bewirken, zu unterstützen und zu analysieren.
[125] Kopfhörer können mehrere Funktionen erfüllen.
[126] Akustische Stimuli sind einem Anwender durch Kopfhörer sehr direkt vermittelbar, zusätzliche externe (störende) Geräte sind dann nicht mehr erforderlich.
[127] Darüber hinaus können Anweisungen, bspw. zum Sitzungsverlauf, via Kopfhörer einfach (und wiederum ungestört) vermittelt werden.
[128] Was ferner von großer Bedeutung ist: Die Kopfhörer schirmen den Anwender gegen unerwünschte akustische Störungen von außen ab und tragen so zur Gewinnung Artefakt-freier EEG-Erfassungen bei.
[129] Die Kopfhörer sind am Helm integriert oder (via Steck/Click-System) einfach anzubringen und auch wieder wegzunehmen. In jedem Falle erfolgt die erforderliche Verkabelung auch hier mittels abgeschirmter Kabel zum bzw. im Helm-Korpus.
[130] Eine „Brille" kann verschiedene Komponenten in unterschiedlichen Kombinationen beinhalten.
[131] Durch eine Virtuelle Brille sind, je nach Ausführung, visuelle Stimuli in beliebiger Komplexität und Präzision generierbar. Auch hier werden dann externe Geräte (PCs, Bildschirme, Stroboskope, etc.) nicht mehr benötigt.
[132] In einer Ausführung als Smartphone-Brille kann auch, ganz individuell, das Display des dem Anwender gehörenden Gerätes zur Anzeige genutzt werden, einerseits zur Vermittlung visueller Stimuli, andererseits aber auch zur optischen Information, zur Aufrechterhaltung der Vigilanz, zur Unterhaltung, Ablenkung, etc.
[133] Ein Tablet T kommt, neben seiner Verwendbarkeit als Display, ebenfalls als zentrale Steuer- und Kontrolleinheit in Betracht. Dadurch ist die komplette Intelligenz des Systems vor Ort integriert.
[134] Gleiches gilt für ein Smartphone.
[135] Mittels darauf installierter Apps wird das System autark von sonstigen externen Komponenten. Hinzu kommen noch weitere Vorteile: Das Smartphone kann, gegen fremde Zugriffe geschützt, historische Daten seines Besitzers aus vorangegangenen EEG-Sitzungen speichern und diese unmittelbar mit aktuell neu erfassten Daten vergleichen und daraus valide Schlüsse ziehen. Ferner kann ein EEG-„BrainPrint", sobald dieser einmalig zertifiziert erstellt wurde, als personenbezogener fälschungssicherer Ausweis dienen. Dieser Ausweis könnte auch zusammen mit einem aktuell aufgezeichneten EEG-Testergebnis für ein geprüftes Testat verwendet werden.
[136] Die Brille, genauer, der komplette Brillen-Aufsatz, kann mit abschirmenden Materialien versehen werden. Dazu dient bspw. auch eine Scheibe aus transparentem EMV-Glas, die sich zwischen den Geräten und dem Gesichtsfeld des Trägers befindet.
[137] Im Brillen-Aufsatz kann ebenfalls weitere Sensorik integriert sein, bspw. für die Registrierung von Augenbewegungen, die bei der Artefakt-Entstehung in EEG-Aufzeichnungen eine große Rolle spielen.
[138] Für die Durchführung von EEG-Sitzungen mit olfaktorischen Stimuli besteht die Möglichkeit, ein externes Olfaktometer an das System anzuschließen. Alternativ kann der Aufsatz auch um entsprechende Hard- und Software ergänzt werden.
[139] Kartuschen (Patronen/Behälter), die an der Rückseite des Aufsatzes fixiert sind und bei Bedarf ausgewechselt werden können, gibt es in verschiedenen Ausführungen. Sie enthalten die eingesetzten Riechstoffe, die olfaktorische Stimuli auslösen, also bspw. H2S und/oder PEA, und, falls als „ Ko nt roll Stoff" gewünscht, auch CO2. Der stetige Luftfluss wird durch Druckluft unterstützt, die sich in einer weiteren Kartusche befindet, oder er kann bei Bedarf auch durch einen Luftstrom erzeugt werden, der via Schlauchanschluss von einem Ventilator oder Gebläse zugeliefert wird.
[140] Duftstoffe und Luft werden vermischt und gelangen in Luft/Duftstoff-Zuführungen LDZ, die in oder an den (seitlichen) Helmsegmenten verlaufen und in die Nasenöffnungen münden.
[141] Die zentrale Steuereinheit (in der „Brille") regelt die zeitlichen und mengenmäßigen Anteile der Riechstoffe über ebenfalls am Helm angebrachte Aktoren Ai, z.B. in Form von Magnetventilen.
[142] Wie bei allen andern Komponenten des Systems sind auch die Kartuschen, Luft/Duftstoff-Zuführungen, Aktoren etc. inklusive ihrer Verkabelung so ausgelegt und eingebaut, dass durch sie keine störenden Beeinflussungen bei der EEG-Erfassung entstehen.
[143] So wird bspw. potenziellen elektromagnetischen Einflüssen durch abschirmende Materialien begegnet, und mechanische Geräusche, z. B. Schließgeräusche von Magnetventilen, werden durch die Kopfhörer gedämmt oder überspielt.
[144] Das System ist ein Baukasten, aus dem je nach geplanter EEG-Anwendung die dazu erforderlichen Komponenten zusammengefügt werden, bspw. durch leicht lösbare Steck-, Schraub-, Click- oder Magnetverbindungen. [145] Der Baukasten stellt nicht nur ein technisches Gerät dar, er besteht auch in einem Verfahren zur störungsfreien reproduzierbaren Erzeugung und Erfassung sowie zur integrierten Analyse und Archivierung multisensorischer EEG-Daten. Dies wird nachfolgend erläutert anhand fingierter EEG-Szenarien.
[146] Zu Beginn einer Sitzung bzw. bei erstmaliger Anwendung wird ein zur Person passender Helm bestimmt. Handelt es sich um eine Erst-Anwendung, wird ein Helm entsprechend der Kopf- bzw. Hut-Größe gewählt. Dann werden die Elektrodenpositionen nach einem standardisierten System eingestellt, überprüft und ggf. angepasst. Wurden die Elektrodenpositionen bei einer früheren Anwendung als „Kopfabdruck" bereits gespeichert, können diese Einstellungen sofort wieder vorgenommen werden. Besitzt die Person einen individuellen Helm, erübrigen sich die Anpassungsschritte.
[147] Eine Software ko m ponente - die entweder im Helm-Chip integriert ist, auf die über eine Schnittstelle (kabelgebunden oder kabellos) zugegriffen wird oder die bspw. als App auf dem Smartphone installiert wurde - kann die Positionen der Elektroden sowie die Qualitäten der empfangenen EEG-Signale überprüfen. Erforderliche Nachjustierungen der Elektroden können aufgrund der leichten Zugänglichkeit einfach bzw. sogar eigenhändig vorgenommen werden.
[148] Die Durchführung eines Ruhe-EEGs, eines Schlaf-EEGs oder eines „mobilen EEGs" (bei dem die Person sich frei bewegen kann) erfordert außer dem Helm keine weiteren Komponenten. Die erfassten EEG-Signale werden auf dem Helm-Chip gespeichert, über eine Schnittstelle auf ein externes Speichermedium (Laptop, PC, etc.) übertragen oder intern (auf Tablet bzw. Smartphone) gespeichert.
[149] Eine Analyse oder Weiterverarbeitung kann parallel zur Erfassung erfolgen (extern auf Laptop, PC, etc., intern auf Tablet bzw. Smartphone) oder aber auch zeitversetzt zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt.
[150] Für die Aufzeichnung, die Vorverarbeitung (Pre-Processing) sowie die Analyse und ggf. Weiterverarbeitung der EEG-Daten gibt es eine Fülle, teilweise frei verfügbarer (Open Source) Software, so bei MathWorks (de.mathworks.com), speziell in der Matlab-Toolbox (sccn.ucsd.edu/eeglab), bei OpenBCI (openbci.com), bei LETSWAVE (letswave.org) oder bei NOCIONS (nocions.org), um nur einige zu nennen. Dazu bieten die Software-Pakete auch eine breite Palette an speziellen, für EEG-Analysen geeignete Verarbeitungsverfahren an: (Standard) Averaging Methods; Time-Frequency Analysis (TFA), with Fourier/Wavelet- Transforms; Artifact Rejection; Blind Source Separation (BSS); Spatio-Temporal Filtering; Independent Component Analysis (ICA); etc.
[151] Zu diesen Verarbeitungsverfahren zählen insbesondere die Frequenz-Amplituden- Methoden. [152] Mit der Hinzunahme von Kopfhörern als weitere Komponente ist eine integrierte Durchführung von EEG-Sitzungen möglich. Durch auditorische Stimuli, die auf den Anwender einwirken, werden entsprechende Potenziale generiert, die dabei erfassten EEG-Signale werden dann analysiert, ggf. weiterverarbeitet und/oder archiviert. Analog zu den oben geschilderten Möglichkeiten kann die Generierung der akustischen Reize via Helm-Chip, extern von einem Laptop, PC, etc. gesteuert oder intern vom integrierten Tablet bzw. Smartphone ausgelöst erfolgen. Für die Analyse der resultierenden EEG-Daten gilt ebenfalls das bereits aufgeführte.
[153] Vorteile der integrierten Lösung liegen speziell darin, dass keine weiteren Geräte benötigt werden und die gewünschte Reizdarbietung damit eindeutig wahrgenommen wird, insbesondere auch aufgrund der Abschottung gegen fremde, unerwünschte akustische Einwirkungen.
[154] Aus der Fülle der Verarbeitungsverfahren für die EEG-Ergebnisse seien hier auch noch die Zeit-Frequenz-Amplituden-Methoden ausgewählt.
[155] Eine „Brille" (virtuelle Brille, VR-Brille, Smartphone-Brille, ...), die an der Vorderseite des Helmes fixiert ist, kann das System um eine weitere Komponente ergänzen. Durch ein darin eingestecktes Tablet, Display oder Smartphone wird die „Brille" zur zentralen Steuereinheit des Systems und erfüllt mehrere Funktionen. Sie schirmt den Anwender gegen unerwünschte äußere Umgebungseinflüsse optisch ab, sie ermöglicht zudem erforderliche Informationen "schriftlich" mitzuteilen, sie kann verwendet werden, um einen Anwender zur Aufrechterhaltung der Vigilanz bspw. mit einem Videospiel zu unterhalten - und sie kann visuelle Stimuli präsentieren, um dadurch initiierte Potenziale generieren sowie darauf basierende EEG-Analysen durchzuführen zu können.
[156] Zu diesen „sichtbaren" Funktionen kommen weitere unsichtbare hinzu. Die „Brille", bzw. das Smartphone, ermöglicht mittels entsprechender Software (Apps) die Steuerung und Kontrolle des kompletten Verlaufs eines EEG-Prozesses, in den auch andere Komponenten involviert sein können, wie dies bei „synästhetischen Sitzungen" der Fall ist, bei denen unterschiedliche Stimuli optischer, akustischer oder olfaktorischer Art auftreten. Dabei verwaltet die „Brille" insbesondere auch die Aufzeichnung, Auswertung, Archivierung und ggf. Präsentation der entstehenden Sitzungsergebnisse, wobei ggf. auch die wechselseitigen Abhängigkeiten der verschiedenen Stimuli (optisch, akustisch, olfaktorisch, ...) gezeigt werden.
[157] Von großem Vorteil ist dabei, dass alle erfassten Daten auf dem persönlichen Smartphone verbleiben und - als ein zusätzlicher Vorteil - bei nachfolgenden, weiteren Sitzungen jederzeit als Vergleichsdaten herangezogen werden können. Die dadurch möglichen zeitlichen Verlaufskontrollen können in vielen Fällen die Aussagekraft aktueller Ergebnisse zumindest erhöhen. [158] Die Durchführung von EEG-Sitzungen, bei denen die Reaktionen der Anwender auf olfaktorische Stimuli untersucht werden, sind hinsichtlich benötigter Gerätekomponenten und zu steuernder Abläufe am komplexesten, im Vergleich zu den anderen, bereits vorgestellten Verfahren.
[159] Über die am bzw. im Helm befindlichen Luft/Duftstoff-Zuführungen werden einem ständigen Luftstrom die jeweiligen Duftstoffe programmgesteuert zugefügt und zu der/den Nasenöffnung(en) geleitet. Die technische Vorgehensweise bei der Messung des Augeninnendruckes kann hier als Anhaltspunkt dienen.
[160] Die Versorgung des Systems mit dem Luftstrom und den Duftstoffen kann über ein (speziell vereinfachtes, also modifiziertes) Olfaktometer oder über am Helm integrierte Luft/Gas-Kartuschen erfolgen, die bspw. an der Rückseite angebracht sind, und so u. A. auch als physisches „Gegengewicht" zur Brille fungieren.
[161] Bevorzugt sind es drei Kartuschen. Eine steht als Luftspeicher unter Druck, zwei zusätzliche enthalten beispielhaft benannte Geruchsstoffe. (Vgl. Absatz [83]: Verwendete Geruchssubstanzen.)
[162] Die Kartuschen werden von einer (technischen) Steuereinheit T über funktionell eigenständige Aktoren Ai (auch Stellorgane) angesprochen, welche ebenfalls im bzw. am Aufsatz integriert sind. Eine der unter Druck stehenden Kartuschen liefert angefeuchtete Luft, eine andere gibt einen ersten Duftstoff und die weitere einen zweiten Duftstoff in die Strömung als Stimulus für den Anwender.
[163] Freigegeben wird jede der Strömungen von jeweils einem Stellorgan, insgesamt gesteuert von der Steuereinheit, die als Hard- bzw. Software eine Komponente der Brille sein kann.
[164] Diese Steuereinheit kann bei der Durchführung von EEG-Sitzungen mit olfaktorischen Stimuli eine tragende Rolle spielen. Sie steuert und verfolgt den kompletten Ablauf der einzelnen Verfahrensschritte, insbesondere steuert bzw. triggert sie die Luft- bzw. Duft-Ströme, sie zeichnet die resultierenden EEG-Signale auf, sie speichert diese intern oder überträgt sie drahtlos oder via Kabel auf ein externes Medium.
[165] Eine weitere Software-Komponente bedient sich dieser (technischen) Steuereinheit bei der Ausführung verschiedener Szenarien (Abfolgen einzelner Verfahrensschritte) und bei der Analyse der resultierenden EEG-Signale. [166] Referenzen ...
1. Hummel T, Klimek L, Welge-Lussen A, Wolfensberger G, Gudziol H, Renner B und Kobal G
Chemosensory evoked potentials for clinical diagnosis of olfactory disorders. Hno 48:481-485, 2000.
2. Hummel T und Kobal G
Olfactory event-related potentials. In: Methods in chemosensory research, edited by Simon SA, and Nicolelis MAL. Boca Raton: CRC Press, 2001, p. 429-464.
3. Pause B.M. und Krauel K.
Chemosensory event-related potentials (CSERP) as a key to the psychology of odors. Int J Psychophysiol 36: 105-122, 2000.
4. Bensafi M, Frasnelli J, Reden J und Hummel T.
The neural representation of odor is modulated by the presence of a trigeminal stimulus during odor encoding. Clin Neurophysiol 118: 696-701, 2007.
5. Gudziol H, Schubert M und Hummel T.
Decreased trigeminal sensitivity in anosmia. ORL J Otorhinolaryngol Relat Spec 63: 72 bis 75, 2001.
6. Hummel T, Knecht M und Kobal G
Peripherally obtained electrophysiological responses to olfactory stimulation in man: electro- olfactograms exhibit a smaller degree of desensitization compared with subjective intensity estimates. Brain res 717: 160-164, 1996.
7. Husner A, Frasnelli J, Welge-Lussen A, Reiss G, Zahnert T und HummelT
Loss of trigeminal sensitivity reduces olfactory function. Laryngoscope 116: 1520 bis 1522, 2006.
8. Synästhesie https://de.wikipedia.or /wiki/Synästhesie
9. Brichetti K, Mechsner F
Synästhesie. Leib - Raum / Architektur. Jg.18 | Heft 31 | 2013. ISBN 1430-8363
10. Mareike C, Preiss C
Kunst mit allen Sinnen. Multimodalität in zeitgenössischer Medienkunst, transcript Verlag, Bielefeld. 2021.
11. Herczeg M
Einführung in die Medieninformatik. Oldenbourg Wissenschaftsverlag; 2007.
12. Sensorisches Marketing https://de.wikipedia.org/wiki/Sensorisches Marketing
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Claims

23 Ansprüche ...
1. Aufsatz für den Kopf einer Person, zur Kopplung zweier oder mehrerer physisch getrennter Modalitäten der Wahrnehmung, insbesondere in Verbindung mit einem (oder dem) Geruchssinn; die Materialien des Aufsatzes sind abschirmend gegen von außen einwirkende elektromagnetische Störfelder, der Aufsatz ist gekoppelt mit einer ersten Steuereinheit (T), und mit Elektroden (Ei bis E4) zur Aufnahme von Hirnströmen oder Hirnpotenzialen, welche Elektroden zu der ersten Steuereinheit (T) führen; wobei die erste Steuereinheit (T) einen Mikroprozessor aufweist, der Signale aus den oder von den Elektroden (Ei bis E4) über einen AD-Wandler zeitbezogen aufzuzeichnen vermag; wobei die erste Steuereinheit (T) an ein Stellorgan (A gekoppelt ist oder dieses ansteuert, welches aus zumindest einer unter Druck stehenden Kartusche (K einen Duftstoff als Stimulus in einer Strömung pulsweise freizugeben in der Lage ist (LDZi); wobei die erste Steuereinheit (T) einen Mikroprozessor hat, der die Ansteuerung eines solchen Stimulus hinsichtlich Startzeitpunkt, Reizflanke, Reizkonzentration und Reizdauer nach vorgegebener Taktung wiederholt vornimmt; wobei der Duftstoff geeignet ist, ein chemosensorisch ereigniskorreliertes Potenzial zu erzeugen, indem er eine spezifisch olfaktorische oder trigeminale Reizung auslöst; wobei die Signale der Elektroden (Ei bis E4) einen Pegel von EEG-Signalen haben, um eine Gruppe von chemosensorisch verursachten Potenzialen oder zumindest deren chemosensorisch beeinflussten zeitlichen Abschnitte zeitbezogen aufzuzeichnen (Figur 2, Figur 3) und - bevorzugt nicht am menschlichen Kopf - auszuwerten.
2. Aufsatz nach Anspruch 1, wobei die Elektroden in einer 10/20 Verteilung am Aufsatz angeordnet sind, so dass bei einem Aufsetzen des Aufsatzes auf den Kopf der Person dort Hirnströme oder Hirn potenziale abgegriffen werden oder abgreifbar sind und dem AD- Wandler und dem Mikroprozessor zuführbar sind.
3. Aufsatz nach einem der vorigen Ansprüche, wobei lateral zwei Ohrläppchen- Elektroden (Al, A2) am Aufsatz angeordnet sind, zur Schaffung eines oder zweier Bezugspotenziale für die anderen Elektroden und der bezugspotenzial-definierten Erfassung der EEG- Signale von der Person als Proband oder Testperson.
4. Aufsatz nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Steuereinheit (T) an ein Olfaktometer gekoppelt ist und dieses ansteuert, insbesondere an einem im Aufsatz integrierten, modifizierten Olfaktometer. Aufsatz nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Steuereinheit (T) einen sensorischen Stimulus auslöst, der in einen Luftstrom eingebettet ist, welcher Stimulus in einem Zeitfenster von unter 250 msec mit einem Riech- oder Geruchsstoff in die Luftströmung gepulst eingespeist wird, wobei die Steilheit des Anstiegs der Reizflanke so gestaltet ist, dass innerhalb von 20 msec mindestens 66 % der Reizkonzentration erreicht werden. Aufsatz nach einem der vorigen Ansprüche, insbesondere Anspruch 5, wobei die Stimulierungen mit einem Geruchsstoff in Intervallen von mehr als 30 see entstehen, insbesondere weniger als 45 see, und die Stimulierungen mindestens 8 mal wiederholt werden, bevorzugt zehnmal, in einem gegebenen Zeitintervall von im wesentlichen 8min, insbesondere 480sec ± 12%. Aufsatz nach einem der vorigen Ansprüche, wobei ein Aktor (Ai) als Stellorgan vorgesehen ist, der von der Steuereinheit (T) angesteuert wird, und einen Luftstrom mit einem Strömungsvolumen von mehr als 5 l/min bewirkt. Aufsatz nach einem der vorigen Ansprüche, örtlich gekoppelt mit einem Monitor, auf dem Informationen angezeigt werden, denen die Person mit dem Aufsatz bei der Messung zu folgen hat. Aufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekoppelt mit einer virtuellen Brille, auf der Informationen angezeigt werden, denen die Person mit dem Aufsatz folgt. Aufsatz nach einem der vorigen Ansprüche, der ein Helm ist, insbesondere ähnlich einem Fahrradhelm, wobei insbesondere die Elektroden (Ei bis E4) in einer jeweiligen Helmsegment-Halterung so weit in Richtung Kopfoberfläche beweglich sind, insbesondere drehbar oder schiebbar sind, um ausreichenden Kontakt mit der Kopfoberfläche zu haben, insbesondere auch von einer Prüf-Komponente eines Steuerungsprogramms im Mikroprozessor auf einem Display anzeigbar sind; oder die Elektroden (Ei bis E4) in einer jeweiligen Helmsegment-Halterung mit Vorspannung angeordnet sind; oder mit Helmsegmenten des Helms, in welche ein elektrisch leitendes Material eingearbeitet ist, zur Schirmung gegen von außen einwirkende elektromagnetische Störfelder (zumindest eines). Aufsatz nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der Aktor (A an einem Schlauchstück angeschlossen ist, das den vom Aktor freigeschalteten Luftstrom zu leiten vermag. Aufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Mikroprozessor eine Software aufweist, die konfiguriert ist, die Ausführung verschiedener Versuchsszenarien - als Abfolgen von Versuchsschritten - durchzuführen. Aufsatz nach Anspruch 12, wobei die Software zu Beginn einer Sitzung oder Messung eine Prüfung, insbesondere der Kontakte, auf Korrektheit durchzuführen konfiguriert ist. Aufsatz nach einem der vorigen Ansprüche 12 oder 13, wobei die Software konfiguriert ist, eine jeweilige technische Komponente, insbesondere Luftstrom, randomisierte Duftstrom-Stimuli, anzusteuern, bevorzugt auf einem Display zugehörige Konzentrationselemente, Ablenkungs-Bilder oder Filme zu zeigen, insbesondere eine akustische Ablenkung zu generieren. Aufsatz nach Anspruch 12, wobei die Software resultierende EEG-Signale als Zeitreihen zu erfassen konfiguriert ist. Aufsatz nach Anspruch 12, wobei die Software durch Summation von abgeleiteten reizsynchronen EEG-Abschnitten ereigniskorrelierte Potenziale vom Hintergrundrauschen trennt ("Averaging-Methode"), bevorzugt mit mindestens 8 bis 10 EEG-Abschnitten. Aufsatz nach Anspruch 12, wobei die Software des Mikroprozessors transformierte Daten, z.B. FFT, berechnet, relevante Größen, wie Minima, Maxima, Amplituden, Zeitspannen, extrahiert, und/oder Schwellenwerte vergleicht oder Kategorisierungen vornimmt. Aufsatz nach Anspruch 12, wobei die Software des Mikroprozessors ausgebildet ist, auf Referenzdaten zuzugreifen, insbesondere auf allgemeine Daten zu Reiz-adäquaten Reaktionen, oder auf individuelle Daten, wie vorliegende Archivdaten des Aufsatztragenden Anwenders. Aufsatz nach Anspruch 17, wobei die Software diese Werte mit ebenfalls erfassten Temperaturwerten kombiniert. Aufsatz nach Anspruch 17, wobei die Software Sol I/Ist-Vergleiche bzgl. beobachteten vs. referenzierten Daten durchzuführen ausgebildet ist. 26 Verfahren zur störungsfreien reproduzierbaren Erzeugung und Erfassung sowie zur integrierten Analyse und Archivierung multisensorischer EEG-Daten, insbes. der olfaktorisch bedingten Signalpartitionen eines EEG zur Unterstützung der Wahrnehmung von Sinnesreizen durch miterregte Verarbeitungszentren eines Sinnesorgans im Gehirn, wenn ein anderes Organ gereizt wird. Verfahren nach Anspruch 21, detektierbar mit dem Aufsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 20 und zu keiner medizinischen Verwendung oder therapeutischen Anwendung. Verwendung oder Verwendbarkeit des Aufsatzes nach einem der Ansprüche 1 bis 19 zur Anwendung in der Synästhesie oder der Wahrnehmung von Sinnesreizen oder Abrufen von Erinnerungen, Helfen beim Lernen oder Erinnern, Riechen von Farben oder Lernen im Schlaf. Aufsatz für den Kopf einer Person, die Materialien des Aufsatzes sind abschirmend gegen von außen einwirkende elektromagnetische Störfelder, der Aufsatz gekoppelt mit einer Steuereinheit (T), einer virtuellen Brille und einem Kopfhörer (vgl. Figur 1), und mit Elektroden (Ei bis E4) in einer jeweiligen Helmsegment-Halterung zur Aufnahme von Hirnströmen oder Hirnpotenzialen, welche Elektroden zu der ersten Steuereinheit (T) führen; wobei die erste Steuereinheit einen Mikroprozessor aufweist, der Signale aus den oder von den Elektroden (Ei bis E4) über einen AD-Wandler zeitbezogen aufzuzeichnen vermag; wobei die erste Steuereinheit (T) an ein Stellorgan (A gekoppelt ist, welches aus einer unter Druck stehenden ersten Kartusche (K einen angefeuchteten Luftstrom freizugeben in der Lage ist, und getrennt davon in den Luftstrom einen gepulsten Duftstoff als Stimulus einzuspeisen fähig ist; wobei die erste Steuereinheit (T) einen Mikroprozessor hat, der die Ansteuerung eines solchen Stimulus hinsichtlich Startzeitpunkt, Reizflanke, Reizkonzentration und Reizdauer nach vorgegebener Taktung wiederholt vornimmt; wobei der Duftstoff geeignet ist, ein chemosensorisch ereigniskorreliertes Potenzial zu erzeugen, indem er eine spezifisch olfaktorische oder trigeminale Reizung auslöst; wobei die Signale der Elektroden einen Pegel von EEG-Signalen haben, um eine Gruppe von chemosensorisch verursachten Potenzialen oder zumindest deren chemosensorisch beeinflussten zeitlichen Abschnitte zeitbezogen aufzuzeichnen (Figur 2, Figur 3) und dabei - bevorzugt nicht am menschlichen Kopf - auszuwerten. 27 Aufsatz nach Anspruch 24, wobei die Steuereinheit (T) ausgebildet ist, einen sensorischen Stimulus auszulösen, der in einen Luftstrom eingebettet ist, welcher Stimulus in einem Zeitfenster von unter 250 msec mit einem Riech- oder Geruchsstoff in die Luftströmung gepulst einspeisbar ist, wobei die Steilheit des Anstiegs der Reizflanke so gestaltet ist, dass innerhalb von 20 msec mindestens 66 % der Reizkonzentration erreicht werden. Aufsatz nach Anspruch 24 oder 25, wobei die Stimulierungen mit einem Geruchsstoff in Intervallen von mehr als 30 see entstehen, insbesondere weniger als 45 see, und die Stimulierungen mindestens 8 mal wiederholt werden. Aufsatz nach Anspruch 24 oder 25, wobei die Software des Mikroprozessors durch Summation von abgeleiteten reizsynchronen EEG-Abschnitten ereigniskorrelierte Potenziale vom Hintergrundrauschen trennt ("Averaging-Methode"). Aufsatz nach einem der vorigen Ansprüche 24 oder 25, wobei die Steuereinheit (T) an ein Olfaktometer gekoppelt ist und dieses ansteuert. Aufsatz nach einem von Anspruch 24 bis 28, wobei die Steuereinheit (T) an ein im Aufsatz integriertes, modifiziertes Olfaktometer gekoppelt ist.
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