Titelaufnahme

Titel
Using functional electrical stimulation (FES) as feedback for Brain-Computer interfaces / Hannah C. Hiebel
Verfasser/ VerfasserinHiebel, Hannah
Begutachter / BegutachterinNeuper Christa
Erschienen2012
UmfangVII, 113 Bl. : 2 Zsfassungen ; Ill., graph. Darst.
HochschulschriftGraz, Univ., Dipl.-Arb., 2012
Anmerkung
Zsfassung in dt. und engl. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (GND)Gehirn-Computer-Schnittstelle / Elektrostimulation / Gehirn-Computer-Schnittstelle / Elektrostimulation / Online-Publikation
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-40212 Persistent Identifier (URN)
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Using functional electrical stimulation (FES) as feedback for Brain-Computer interfaces [9.21 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Brain-Computer Interfaces (BCIs) ermöglichen schwer gelähmten Menschen externe Geräte zu steuern, indem sie efferente Bahnen vom Gehirn schaffen, die nicht auf Muskelfunktion beruhen. Bisherige Forschung befasste sich vor allem mit der assistiven Anwendung von BCIs. Neue Ansätze versuchen auch die afferenten Effekte des BCI-Feedbacks zu nutzen um die motorische Rehabilitation nach Schlaganfall zu fördern. Ein neues Konzept ist ein BCI, das Bewegungsvorstellung (?motor imagery?, MI) und funktionale Elektrostimulation (FES) kombiniert und darüber Bewegungsintention und propriozeptives Feedback verbindet. Bisher weiß man nur wenig über die Effekte eines solchen Feedbacks auf die Gehirnaktivierung. Diese Studie untersucht den Einfluss FES-Feedbacks auf sensomotorische EEG-Rhythmen in einem online BCI-Experiment. FES-Feedback wird mit einem Video-Feedback verglichen um die Rolle multisensorischen gegenüber rein visuellen Feedbacks zu erforschen. 15 gesunde RechtshänderInnen nahmen an einem BCI-Experiment, bestehend aus zwei Blöcken, teil. Sie sollten sich rechte Handbewegungen vorstellen oder sich entspannen und erhielten diskretes Feedback. In einem Block bestand das Feedback für korrekt klassifiziertes MI aus einer FES-induzierten Bewegung, im anderen aus einem Video, das dieselbe, zuvor gefilmte Bewegung auf einem Monitor zeigte. Die Analyse ereignisbezogener Veränderungen (ERD/ERS) im Alpha- und Beta-Frequenzbereich (8-13,16-24 Hz) zeigte eine stärkere ERD am sensomotorischen Kortex für FES als VIDEO während des Feedbacks. Verglichen mit dem vorangehenden Zeitfenster (MI ohne Feedback) nahm die ERD bei FES-Feedback zu, bei Video-Feedback hingegen ab. ProbandInnen erzielten eine höhere Klassifikationsgenauigkeit in der FES-Bedingung (82,58%) als in der VIDEO-Bedingung (75,31%). Die Studie zeigt den Vorteil multisensorischen FES-Feedbacks gegenüber visuellen Feedbacks. Die Ergebnisse regen zur weiteren Erforschung von FES-BCIs für die Schlaganfall-Rehabilitation an.

Zusammenfassung (Englisch)

Brain-computer interfaces (BCIs) offer severely disabled people a possibility to control external devices by creating efferent pathways from the brain which do not rely on muscle function. In the field of motor recovery, previous research has mainly focused on the assistive application of BCI technology. New approaches strive to harness also the afferent effects of BCI feedback in order to facilitate motor rehabilitation in stroke patients. A novel concept is a BCI which combines motor imagery (MI) and functional electrical stimulation (FES) and thereby couples motor intent and proprioceptive feedback. At present, little is known about the effects of such a feedback on brain activity. This study investigates the influence of FES feedback on sensorimotor EEG rhythms in an online BCI experiment. FES feedback is compared to a video feedback to explore the role of multisensory as opposed to mere visual feedback. 15 healthy right-handers participated in a cue-paced BCI experiment, consisting of two consecutive experimental blocks. They performed right-hand MI or REST and received discrete feedback. In one block the feedback for correctly classified MI consisted of an FES-induced movement, in the other block of a video, showing the same, individually pre-recorded movement on a computer monitor. Analysis of event-related changes (ERD/ERS) in alpha and beta frequency ranges (8-13, 16-24 Hz) revealed a stronger ERD at the sensorimotor cortex for FES than VIDEO during the feedback. Compared to the preceding time window (MI without feedback) the ERD increased during FES feedback but decreased during VIDEO feedback. Subjects achieved a higher classification accuracy in the FES condition (82.58 %) than in the VIDEO condition (75.31 %). The study showed the advantage of multisensory FES feedback as compared to feedback in form of visual movement observation. Findings encourage the development of FES BCI systems to promote neural plasticity and motor recovery in stroke patients.

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