Nahinfrarotspektroskopiesystem (NIRS)

• Subject Area: Neurosciences
• Term: Funded in 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 248876705

• Final Report Year: 2017

Final Report Abstract

Wie im Antrag auf das fNIRS-Gerät beschrieben, war die Hauptanwendung der Verwendung des NIRS-Gerätes sein Einsatz in der Forschung zu Brain-Computer Interfaces (BCI) bei bewusst­seins­gestörten und völlig eingeschlossenen Menschen. Mit Hilfe des bewilligten Gerätes wurde weltweit erstmals eine Gehirn-gesteuerte Kommunikation bei völlig eingeschlossenen Patienten mit Amyotropher Lateralsklerose gezeigt. Dieser Erfolg setzte sich in einer Replikation an 4 völlig eingeschlossenen und völlig gelähmten Patienten fort, wobei für diese Untersuchung teilweise ein tragbares NIRS-Gerät zusammen mit dem angeschafften Hitachi-NIRS-Gerät verwendet wurde. Insofern konnte mit der Anschaffung des Gerätes auch in der westlichen Hemisphäre gezeigt werden, dass die Anwendung von Nahinfrarotspektroskopie sowohl in der psychiatrisch-neurologischen Forschung wie auch Klinik äußerst nützlich ist, was in Japan seit längerem praktiziert wird. Weiterhin konnte erstmals die Nahinfrarotspektroskopie auch als Neuroprothese bei schwerstgelähmten Patienten nach Schlaganfall entwickelt werden. Schließlich wurde im Rahmen der Grundlagenforschung zur Nahinfrarotspektroskopie von Zaidi et al. (2015) gezeigt, dass das Nahinfrarotspektroskopiesignal äußerst eng mit dem Entladungsverhalten der Nervenzellen in der Nähe des optischen Sensors korreliert. Damit konnten auch Zweifel über die neurophysiologische Grundlage der Nahinfrarotspektroskopie ausgeräumt werden und nachgewiesen werden, dass es sich hier tatsächlich um ein Signal handelt, das von der Aktivität der Nervenzellen direkt abhängig ist. Das Gerät wird weiterhin im Rahmen der Brain-Computer Interface Forschung bei vollkommen gelähmten Patienten verwendet.

Publications

• (2014). Brain communication in a completely locked-in patient using bedside near-infrared spectroscopy. Neurology, 82, 1-3
  Gallegos-Ayala, G., Furdea, A., Takano, K., Ruf, C.A., Flor, H., Birbaumer, N.
  
• (2014). Lower limb movement preparation in chronic stroke: a pilot study towards an fNIRS-BCI for gait rehabilitation. Neurorehabilitation and Neural Repair, 28, 6, 564-575
  Rea, M., Rana, M., Lugato, N., Terekhin, P., Gizzi, L., Brötz, D., Fallgatter, A., Birbaumer, N., Sitaram, R., Caria, A.
  
• (2015). Lernen von Hirnkontrolle – Klinische Anwendung von Brain-Computer Interfaces. Neuroforum
  Birbaumer, N., Chaudhary, U.
  
• (2015). Simultaneous epidural functional Near-Infrared Spectroscopy and cortical electrophysiology as a tool for studying local neuro-vascular coupling in primates. NeuroImage, 120, 394-399
  Zaidi, A.D., Munk, M., Schmidt, A., Risueno-Segovia, C., Bernard, R., Fetz, E., Logothetis, N., Birbaumer, N., Sitaram, R.
  
• (2015). Usability and workload of access technology for people with severe motor impairment: a comparison of brain-computer interfacing and eye tracking. Neurorehabilitation and neural repair
  Pasqualotto, E., Matuz, T., Federici, S., Ruf, C.A., Bartl, M., Olivetti, B., Birbaumer, N., Halder, S.
  
• (2016). Real-time subject-independent pattern classification of overt and covert movements from fNIRS signals. PLOS ON
  Robinson, N., Zaidi, A.D., Rana, M., Prasad, V.A., Cuntai, G., Birbaumer, N., Sitaram, R.
  
• (2017). Brain-Computer Interface-based Communication in the Completely Locked-in State. PLOS BIOLOGY, 15, 1, e1002593
  Chaudhary, U., Xia, B., Silvoni, S., Cohen, L.G., Birbaumer, N.