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Jun 24, 2023

Nichtinvasive Sensoren für das Gehirn

So viel Spaß Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI) auch machen, sie erzielen in der Regel die besten Ergebnisse

So unterhaltsam Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI) auch sein mögen, für die besten Ergebnisse sind sie in der Regel mit dem großen Risiko verbunden, dass ein Teil des Schädels durchtrennt und angehoben werden muss, um ein Utah-Array oder ein ähnliches Elektrodensystem zu implantieren. Eine nicht-invasive Alternative besteht aus Elektroden, die auf der Haut platziert werden, allerdings mit reduzierter Auflösung. Diese Elektroden sind Gegenstand eines aktuellen Experiments von [Shaikh Nayeem Faisal] und Kollegen von ACS Applied NanoMaterials, bei dem mit Graphen beschichtete Elektroden eingesetzt wurden, um ihre Leistung zu optimieren.

Obwohl externe Elektroden für grundlegende Aufgaben, wie die Registrierung einer Reaktion auf einen bestimmten (visuellen) Impuls oder für EEG-Aufzeichnungen, akzeptabel sein können, können sie im allgemeinen Gebrauch unpraktisch sein. Ein Großteil davon ist auf die Nachteile der „nassen“ und „trockenen“ Varianten zurückzuführen, bei denen es sich, wie der Name schon sagt, um ein elektrisch leitfähiges Gel handelt.

Dieses Gel sorgt für einen festen Kontakt und einen Widerstand von nicht mehr als 5 – 30 kΩ bei 50 Hz, wohingegen Trockensensoren bei >200 kΩ bei 50 Hz eher schlecht abschneiden und ein schlechteres Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen, selbst wenn noch Probleme wie die Verwendung hinzukommen Der Sensor befindet sich auf einer behaarten Kopfhaut, wie es bei den meisten Menschen der Fall ist.

In dieser Studie erstellten sie Elektrodenarrays in verschiedenen Konfigurationen, die jeweils Graphen als Grenzflächenmaterial verwendeten. Das Ziel bestand darin, selbst durch menschliches Haar – etwa am Hinterkopf in der Nähe der Sehrinde – ein Signal zu empfangen, das mit nassen Elektroden vergleichbar wäre. Die Forscher erzielten sehr vielversprechende Ergebnisse mit hex-patterned epitaxial graphene (HEPG)-Sensoren, und selbst in diesem frühen Prototypenstadium könnte die Technik eine Alternative bieten, wenn nasse Elektroden keine Option sind.

Obwohl das Thema komplex ist, müssen Gehirn-Computer-Schnittstellen nicht die alleinige Domäne von Forschungslabors sein. Wir haben kürzlich ein offenes Hardware-Add-on für Raspberry Pi vorgestellt, mit dem Sie bequem von zu Hause aus mit der Erkennung und Filterung von Biosignalen experimentieren können.