Mobiles Bildgebungssystem
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Berliner Mobile Brain/Body Imaging Labor (BeMoBIL) untersucht die menschliche Hirnaktivität von Probanden, die sich während der Messung von neuronaler Aktivität des menschlichen Gehirns bewegen können. Etablierte Bildgebungsmethoden vermeiden Bewegungen jeglicher Art, da die Sensoren zu schwer sind, um den Probanden zu folgen (z.B. Magnetresonanztomographie (MRT) oder Magnetoencephalographie (MEG)) oder weil die Bewegung der Probanden zu Artefakten führt, die das Signal überlagern und eine Analyse auf Ebene der Sensoren erschwert (z.B. Elektroenzephalographie (EEG)). Mithilfe des Großgeräteantrags wurde das BeMoBIL aufgebaut, welches die Messung und Analyse menschlicher Hirnaktivität während aktiver Bewegungen durch Synchronisation von hochkanaligen EEG- mit Ganzkörperbewegungsmessungen und weiteren Datenströmen gestattet. Damit wird eine systematische Untersuchung von elektrokortikaler Aktivität während aktiver Bewegung möglich. Die für die Messung notwendigen Geräte umfassen portable hochkanalige EEG-Verstärkersysteme mit aktiv verstärkten Elektroden und drahtloser Datenübertragung, Bewegungsmesssysteme für die Messung von Ganzkörperbewegungen innerhalb großer Räume sowie die notwendige Rechner und Softwareinfrastruktur für die drahtlose Echtzeitsynchronisation und Auswertung der Datenströme. Die EEG- und Bewegungsmessungen können darüber hinaus mit head-mounted virtual reality (VR) kombiniert werden und so die Kontrolle über den visuellen Input bei gleichzeitiger Bewegung im Raum gewährleisten. In ersten Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass verschiedene Hirnregionen (u.a. der parietale Kortex) während der Interaktion mit dynamisch bewegten Objekten deutlich stärkere Aktivität aufweisen, als dies bei einfachen Reaktionen über Tastendrücke der Fall ist. Die datengeleitete Auswertung der EEG-Daten anhand von independent component analyses (ICA) erlaubt eine Dissoziation von Aktivität des Gehirns und Aktivität der beteiligten Nackenmuskeln sowie Augenbewegungen und mechanischen Artefakten, die durch die Bewegung auftraten. Die erhöhte Aktivität im parietalen Kortex weist auf erhöhte Anforderung der kortikalen Struktur, die unter anderem die Integration verschiedener sensorischer (retinotoper) und effektorischer (Hand und Schulter) Koordinatensysteme zugrundliegt. In weiteren Projekten wird die menschliche Hirnaktivität bei räumlicher Orientierung untersucht. Hier stehen die kortikalen Grundlagen der Repräsentation von Eigenbewegungsinformationen im Mittelpunkt. Es wird der Frage nachgegangen wo und in welcher Form im Gehirn vestibuläre und propriozeptive Informationen repräsentiert werden. In einem weiteren Projekt wird den neuronalen Korrelaten des Aufbaus und der Nutzung egozentrischer und allozentrischer räumlicher Information nachgegangen. Darüber hinaus ermöglicht das Berliner Mobile Brain/Body Imaging Labor Kooperationen innerhalb der TU Berlin und im Großraum Berlin sowie darüber hinaus. Neben Zusammenarbeit mit Nachwuchsgruppen der TU Berlin im Bereich der Entwicklung von Warnsystemen für ältere Fußgänger bei der Straßenüberquerung, werden Projekte mit Patienten mit Beinprothesen durchgeführt, Zweitaufgaben während des Gehens untersucht und die zentralnervöse Kontrolle von Bewegung in realistischen Bewegungen untersucht. Neben Kooperationen mit verschiedenen Institutionen in Deutschland bestehen aktive Forschungskooperationen mit Instituten in den USA, Australien und Taiwan.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2014). Imaging natural cognition in action. International Journal of Psychophysiology, 91(1), 22-29
Gramann, K., Ferris, D. P., Gwin, J., & Makeig, S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.ijpsycho.2013.09.003) - (2014). Towards a new cognitive neuroscience: modeling natural brain dynamics. Frontiers E-books
Gramann, K., Jung, T. P., Ferris, D. P., Lin, C. T., & Makeig, S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3389/fnhum.2014.00444) - (2016). Mobile brain/body imaging (MoBI) of physical interaction with dynamically moving objects. Frontiers in human Neuroscience, 10
Jungnickel, E., & Gramann, K.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3389/fnhum.2016.00306) - (2017). Evaluation of a Dry EEG System for Application of Passive Brain-Computer Interfaces in Autonomous Driving. Frontiers in Human Neuroscience, 11
Zander, T. O., Andreessen, L. M., Berg, A., Bleuel, M., Pawlitzki, J., Zawallich, L., ... & Gramann, K.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3389/fnhum.2017.00078)
