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Forschungsbericht]

Brain-Machine-Interfacing basierend auf bewegungsbezogener neuronaler Populationsaktivität

Projektbeschreibung:
In diesem interdisziplinären Projekt werden innovative Ansätze entwickelt, um das menschliche Gehirn mit einen Computer oder einer sog. neuronalen Prothese zu verbinden. Das übergeordnete Ziel des Projektes ist es, Zugang zu neuronalen Kontrollsignalen zu gewinnen, die normalerweise vom Gehirn des Menschen erzeugt werden, um willkürliche Bewegungen zu steuern, wie zum Beispiel für die Steuerung der Hand und des Armes. Solche neuronale Aktivität soll in ein Kontrollsignal für einen künstlichen Effektor übersetzt werden - im einfachsten Fall eines Computercursors. Insbesondere werden Signale, die direkt von der Oberfläche des menschlichen Gehirns gemessen werden (epikorikale Feldpotentiale, EFPs), analysiert, um aus ihnen Bewegungsparameter zu extrahieren. Die Ergebnisse des Projektes zeigen, dass EFPs eine vielversprechende Grundlage für klinische BMI Anwendungen beim Menschen darstellen. Zukünftig könnten solche Methoden die Wiederherstellung von motorischen Kontrollfähigkeiten bei gelähmten Menschen erlauben. Die Forschungsaktivitäten des Projektes sind detaillierter beschrieben unter: http://www.brainworks.uni-freiburg.de/BMII/home.html

Ansprechpartner: Dr. med. Tonio Ball
Tel: 270 9316
Email: tonio.ball@uniklinik-freiburg.de
Projektlaufzeit:
Projektbeginn: 2003
Projektende: (unbegrenzt)
Projektleitung:
Ball T
Stellvertretung: Prof. Dr. med. Andreas Schulze-Bonhage
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Klinik für Neurochirurgie
Abteilung Epileptologie
Breisacherstrasse 64
79106 Freiburg

Telefon: +49 761 270 53660
Fax: +49 761 270 50030
www.epi-freiburg.de
Kooperationspartner
Prof. Dr. A. Schulze-Bonhage, Epilepsiezentrum, Universitätsklinikum Freiburg Prof. Dr. Ad Aertsen, Neurobiologie, Universität Freiburg • Prof. Aertsen, Neurobiology and Biophysics, Institut for Biology III, University Freiburg, Bernstein-Center for Computational Neuroscience (BCCN), Freiburg Prof. Birbaumer, MEG-Center of the Institute for Medical Psychology and Behavioral Neuroscience, University Tübingen Prof. Vaadia, Hebrew University,Jerusalem
Finanzierung:

  • Akademie der Wissenschaften Heidelberg, Land
  • BMBF, BMBF

Schlagworte:

    Brain Machine Interface, neuronale motorische Prothese, epikortikales Feldpotential, motorische Steuerung, Lähmung

Projektbezogene Publikationen:

  • Pistohl T, Schulze-Bonhage A, Aertsen A, Mehring C, Ball T: Decoding natural grasp types from human ECoG. Neuroimage, 2012; 59: 248-260. : http://dx.doi.org/10.1016/j.neuroimage.2011.06.084
  • Ball T, Aertsen A, Schulze-Bonhage A: Detektion von hochfrequenter Gammaband-Aktivität im nicht-invasiven EEG Klin Neurophysiol, 2011; 42: 84-84 (55. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Klinische Neurophysiologie, 16.-19. März 2011, in Münster).
  • Ball T, Schulze-Bonhage A, Aertsen A, Mehring C: Differential representation of arm movement direction in relation to cortical anatomy and function. J Neural Eng, 2009; 6 (1): 16006-16006. : http://dx.doi.org/10.1088/1741-2560/6/1/016006
  • Schulze-Bonhage A, Ball T: Entwicklung und Einsatzmöglichkeiten von Brain-Machine-Interfaces bei Epilepsiepatienten In: O. Müller, J. Clausen, G. Maio (Hrsg.): Das technisierte Gehirn. Neutotechnologien als Herausforderung für Ethik und Anthropologie. Paderborn: Mentis, 2009; 35-49.
  • Ball T, Demandt E, Mutschler I, Neitzel E, Mehring C, Vogt K, Aertsen A, Schulze-Bonhage A: Movement related activity in the high gamma range of the human EEG. Neuroimage, 2008; 41 (2): 302-310.
  • Pistohl T, Ball T, Schulze-Bonhage A, Aertsen A, Mehring C: Prediction of arm movement trajectories from ECoG-recordings in humans J Neurosci Meth, 2008; 167: 105-114.
  • Blumberg J, Rickert J, Waldert S, Schulze-Bonhage A, Aertsen A, Mehring C: Adaptive Classification for Brain Computer Interfaces IEEG Eng Med Biol Soc, 2007; 1: 2536-2539.
  • Mutschler I, Ball T, GLauche V, Demandt E, Speck O, Schulze-Bonhage A: Eine Untersuchung der neuronalen Grundlagen der Assoziation einer motorischen handlung mit einem handlungsbezogenen Geräusch Klin Neurophysiol, 2007; 38: 75-75 (51. Jahrestagung der DGKN, 21.-25. März 2007, in München).
  • Mehring C, Nawrot MP, de Oliveira SC, Vaadia E, Schulze-Bonhage A, Aertsen A, Ball T: Comparing information about arm movement direction in single channels of local and epicortical field potentials from monkey and human motor cortex J Physiol-paris, 2005; 98: 498-506.
  • Mehring C, Nawrot MP, Schulze-Bonhage A, Aertsen A, Ball T: Human brain-machine interfacing based on epicortical field potentials: Comparison of different decoding methods Biomed. Eng. (Berlin), 2005; 50 Suppl. 1: 436-537.
  • Ball T, Mehring C, Nawrot M, Aertsen A, Schulze-Bonhage A: Dekodierung von Bewegungsinformation aus dem menschlichen Elektrokortikogramm Z Epileptol, 2004; 17: 179-180 (44. Jahretagung der Deutschen Sektion der Internationalen Liga gegen Epilepsie in Freiburg), Steinkopff Verlag Darmstadt (Hrsg).
  • Ball T, Mehring C, Nawrot MP, Weiskopf N: Neuronale Kodierung von Bewegung bei Affe und Mensch: Von Einzelzellen und Zellenensembles zum Brain-Computer-Interface In: Jahrbuch der Heidelberger Akademie der Wissenschaften Heidelberg: Universitätsverlag Winter GmbH Heidelberg, 2004; 285-292.
  • Ball T, Nawrot MP, Schulze-Bonhage A, Aertsen A, Mehring C: Towards a brain-machine interface based on epicortical field potentials Biomedical Engineering, 2004; 49 Suppl. 2: 756-759.

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