Untersuchung von visuell-räumlicher Aufmerksamkeit auf Eignung als Steuersignal eines Brain-Computer Interfaces

• Antragsteller: Dr.-Ing. Christoph Reichert
• Fachliche Zuordnung: Kognitive und systemische Humanneurowissenschaften ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521761873

Visuell-räumliche Aufmerksamkeit ist durch Hirnaktivierungen gekennzeichnet, die beachtete Zielreize vorranging verarbeiten. Ist der Zielreiz in der linken oder rechten Peripherie des Gesichtsfeldes lokalisiert, können mittels Elektroenzephalographie (EEG) Unterschiede in den event-korrelierten Potentialen beider Hemisphären gemessen werden, die typischerweise in okzipital-parietalen Arealen auftreten. Da dieses als N2pc bekannte Signal unabhängig von Augenbewegungen gemessen wird, ist es prädestiniert, von Patienten mit vollständiger Lähmung für die Steuerung eines Brain-Computer Interfaces (BCI) benutzt zu werden. Bisher wurden verschiedene Ansätze verfolgt, um eine Kommunikation mit Locked-In Patienten mithilfe von BCIs zu ermöglichen. Visuell-räumliche Aufmerksamkeit wurde bisher aber nicht für eine BCI-basierte Kommunikation, die für schwer gelähmte Personen geeignet ist, in Betracht gezogen. Ansätze zur Dekodierung selektiver Aufmerksamkeit mit auditorischer Stimulation führten bisher zu vergleichsweise geringem Erfolg. In bisherigen BCIs, die selektive visuelle Aufmerksamkeit nutzen, sind ein guter Visus, meist auch Augenbewegungen nötig. Die visuell-räumliche Aufmerksamkeit hingegen erfordert diese Voraussetzungen nicht. Weiterhin ist unser Ansatz unabhängig von mutmaßlich betroffenen Hirnregionen, wie dem motorischen Kortex, der bei durch Bewegungsvorstellung gesteuerten BCIs genutzt wird. Aufbauend auf kürzlich von uns publizierte Studien ist das Ziel unseres geplanten Projektes, die Dekodiergenauigkeit in einem für Patienten geeigneten BCI-Setting zu optimieren. In der ersten Phase des Forschungsvorhabens werden wir den Einfluss der Vorhersagbarkeit des Auftretens eines Zielreizes sowie der Eigenschaften des Interstimulus-Intervalls auf die Dekodiergenauigkeit untersuchen. Da Patienten mit motorischer Beeinträchtigung, die weder Lidschlag noch Augenbewegungen ausführen können, keine visuellen Details erkennen können, untersuchen wir auch den Einfluss unterschiedlich starker Beeinträchtigungen des Sehvermögens auf die Dekodiergenauigkeit. Ein Hauptziel unseres Vorhabens ist die visuelle Stimulation unabhängig von der Kopfhaltung und der Blickrichtung zu präsentieren. Die Lösung dieses Problems ist die entscheidende Voraussetzung für Patienten, die sich nicht bewegen können und im Extremfall auch die Fähigkeit verloren haben, ihre Augen zu bewegen. Die Untersuchungen werden mit laborgebundenen und mobilen EEG-Geräten an gesunden Probanden durchgeführt. Am Ende des Projekts erfolgt eine Messreihe mit einer Gruppe von ALS Patienten, wobei die ermittelten optimalen Stimulationsparameter benutzt und die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf betroffene Patienten validiert werden. Der erfolgreiche Abschluss des Projekts resultiert sowohl in neuen Erkenntnissen über die Verarbeitung visuell-räumlicher Aufmerksamkeit im Gehirn, als auch in Erkenntnissen die nötig sind, um ein Kommunikationsmittel für komplett gelähmte Personen zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen