Bis zum Jahr 2025 werden im gesamten Internet täglich etwa 463 Exabyte an neuen Daten erstellt – eine Zahl, die man sich kaum vorstellen kann. Diese Daten stammen aus alltäglichen Dingen wie ca. 300 Milliarden E-Mails oder ca. 95 Millionen geteilten Fotos. Diese Inhalte werden offen geteilt und sind dafür gedacht, angesehen zu werden. Die Flut der täglichen Daten stammt jedoch zum größten Teil aus weniger bekannten, alltäglicheren und unsichtbareren Quellen wie Metadaten, Standortdaten, Interaktionsprotokollen, archivierten Browserverläufen und vielem mehr. Obwohl dies auf den ersten Blick uninteressant erscheinen mag, stellt sich heraus, dass diese Daten, wenn sie im Laufe der Zeit in großen Mengen gesammelt und analysiert werden, menschliche Zustände erstaunlich präzise vorhersagen können, z. B.:

• Gesund vs. krank.

• Allgemeine Aktivitäten.

• Schlafen vs. Sport treiben.

• Zukünftiges Verhalten wie potenzielle Käufe oder Wahlstimmen.

Als Neurowissenschaftler können wir diese Daten nutzen, um mehr über den menschlichen Geist zu erfahren. Schließlich gehört die Aufklärung von Faktoren, die der menschlichen Aktivität und/oder dem menschlichen Verhalten zugrunde liegen, zum Kern der neurowissenschaftlichen Forschung. Dieser Artikel stellt sieben Wege vor, wie die Ferndatenerfassung die neurowissenschaftliche Forschung verbessert.

Neurowissenschaftler nutzen seit Jahrzehnten Techniken zur Ferndatenerfassung. Was sich in den letzten Jahren geändert hat, ist:

• Wie weit entfernt „remote“ tatsächlich sein kann.

• Die Anzahl der Probanden, die teilnehmen können.

• Die Art der Endpunkte, die in einem einzigen Experiment gemessen und verarbeitet werden können.

Forschung ist nicht die einzige Anwendung für die Ferndatenerhebung und -anwendung. Jüngste Fortschritte bei Virtual-Reality-Systemen (VR) haben das Labor in virtuelle Räume verlegt. Medizintechnisch ermöglichen diese Fortschritte bei VR-Systemen für die neurowissenschaftliche Forschung beispielsweise einen einfacheren Zugang zur Durchführung von Fernoperationen rund um den Globus. In diesem Szenario verbleibt das VR-Headset beim OP-Team, sodass der Chirurg bei seiner Ankunft die Qualität der Videoübertragung in Fast-Echtzeit sehen kann, die vom Hunderte von Kilometern entfernten Patienten kommt.

In unkritischen Situationen würde die Verwendung von Videos allein ausreichen, aber mit dieser erweiterten Realität kombinieren sie Video mit haptischem Feedback sowohl bei Live-Operationen als auch bei chirurgischen Ausbildungs- und Trainingsaufgaben. Man könnte sagen, dies ist vergleichbar mit einem Vibrationsstreifen auf einem Game-Controller, aber weitaus fortschrittlicher.

Wie unten hervorgehoben wird, gibt es mehrere Gründe (nämlich mindestens sieben), warum sich ein medizinischer Prozess, ein Forscher oder ein Neuromarketer dafür entscheiden würde, moderne Technologie zu nutzen, um globale, aus der Ferne gesammelte Daten zu sammeln, zu verarbeiten und zu analysieren.

1. Der Komfort und die Leichtigkeit des eigenen Heims

Gestresste Probanden sorgen für gestresste Daten.

Es ist allgemein bekannt, dass die Exposition gegenüber Stressfaktoren vor der Durchführung eines Verhaltenstests die anschließend erhobenen Daten verändern kann. Darüber hinaus ist wiederholt nachgewiesen worden, dass Umweltstressoren neben akuten Effekten auch langfristige Auswirkungen haben können. Die größte Hoffnung der Wissenschaftler besteht darin, solche externen Variablen abzumildern, während sie gleichzeitig akzeptieren müssen, dass sie niemals vollständig eliminiert werden können. Wenn also alle Probanden identisch behandelt werden, sind sie allen Elementen gleichermaßen ausgesetzt.

Ein Mensch, der im eigenen Zuhause getestet wird

Die Fahrt zu einer Arztpraxis, die Sorge um die Kosten, eine Diagnose, die Suche nach der richtigen Praxis oder die Frage, ob man legal geparkt hat – all das sind sehr reale Stressfaktoren. Wenn man jedoch die Erfassung von Forschungsdaten so gestalten könnte, dass diese externen Faktoren vermieden werden, beispielsweise in der vertrauten Umgebung des eigenen Heims, dann würde die Belastung durch die anstrengende Anreise den Fokus der Studie nicht überschatten.

Dennoch ist es nicht möglich, die Auswirkungen externer Faktoren auf die Probanden vollständig zu isolieren oder zu eliminieren. Der beste Ansatz zur Minimierung von Stressfaktoren besteht darin, alle Probanden unter Verwendung innovativer, aber validierter Geräte den gleichen Bedingungen auszusetzen.

2. Höhere Gewalt

Wenn unvorhersehbares Unheil eintrifft, muss man sein Verhalten anpassen. Auftritt: COVID-19.

Die letzten drei Jahre haben uns allen aufgrund der weltweiten COVID-19-Pandemie die Augen geöffnet. Manchmal gibt es einfach außergewöhnliche Ereignisse oder Umstände, die sich der Kontrolle der Forscher entziehen. Diese unvorhergesehenen Umstände zwingen zur Anpassung an neue Rahmenbedingungen.

Die Ermittlung der effektivsten Werbekampagne mit der besten verfügbaren Technologie ist für Kapitalisten ein Kinderspiel. Tatsache ist jedoch: Die Datenqualität eines Probanden hängt nicht von seiner Nähe zum Forscher ab. Daher sollte sich die Hauptaufgabe des Forschers, nämlich das Sammeln von Daten von Probanden, an die derzeit verfügbaren Werkzeuge anpassen.

3. EverlyWell, Apple Watch & Telechirurgie

EverlyWell ist ein medizinischer Labortestdienst per Postversand, der vorkonfektionierte Kits mit leicht verständlichen Anweisungen versendet, um Zielwerte in über 30 Diagnosetests zu quantifizieren. Auch die Apple Watch hat mit ihren Benachrichtigungen bei unregelmäßigem Herzschlag und der Sturzerkennung Schlagzeilen gemacht. Sowohl bei EverlyWell als auch bei Apple gab es kaum Zweifel an der Fähigkeit ihrer Produkte, dem Verbrauchermarkt einen Mehrwert bei geringerem Reiseaufwand und geringeren Kosten zu bieten.

Mit Produkten wie diesen und anderen scheinen wir als Gesellschaft bereits biomedizinische Daten zu akzeptieren und ihnen zu vertrauen, die lokal gesammelt, aus der Ferne verarbeitet und ordnungsgemäß präsentiert werden. Ob es um Krankheitsprävention, geistiges Wohlbefinden, die Bekämpfung von Krankheiten oder die Aufrechterhaltung eines ausgewogenen Körpers geht: Man möchte Feedback erhalten und im Idealfall belohnt werden, wenn gesundheitliche Ziele erreicht werden. In den dunklen Tagen vor dem Internet, als Computer noch ganze Räume füllten, war das Messen und Verfolgen der eigenen Fitness-Leistungskennzahlen (KPI) ein rein analoges Unterfangen. Dies ist nicht mehr der Fall. Infolgedessen reift die „Quantified Self“-Bewegung rasant heran.

Zu den am häufigsten überwachten KPIs gehören:

• Herzfrequenz

• Blutdruck

• Gewicht

• Größe

• Schlafdauer

• Bewegungsmuster

All dies lässt sich mit dem passenden Sensor und grundlegender Hardware leicht quantifizieren. Es ist allgemein bekannt, dass die Neurowissenschaften und viele biomedizinische Disziplinen ein Problem mit der Stichprobengröße haben. Um dieses Problem zu lösen, wäre der beste Ansatz, zusätzliche Probanden hinzuzufügen, anstatt die kleinere Gruppe von Probanden zu schulen, die nur deshalb ausgewählt wurden, weil sie sich in der Nähe befinden. Da die gesamte Palette der KPIs aus der Ferne messbar ist, ist dies ein praktikabler Weg für die neurowissenschaftliche Forschung, um erfolgreich zu sein und zu überleben.

4. Erhöhung der Inklusion und Diversität der Teilnehmer

Wer ist die WEIRD-Gruppe und warum wissen wir gerade über sie so viel?

„Verhaltenswissenschaftler veröffentlichen in den weltweit führenden Fachzeitschriften routinemäßig weitreichende Behauptungen über die menschliche Psychologie und das Verhalten, die auf Stichproben basieren, die ausschließlich aus westlichen, gebildeten, industrialisierten, reichen und demokratischen (WEIRD, im Englischen für ‚seltsam‘) Gesellschaften stammen.“

Es ist ein gängiges Klischee, dass die Psychologie sehr viel über weiße, wohlhabende Personen im College-Alter weiß, aber nur sehr wenig über den Menschen im Allgemeinen.

Warum?

Psychologische Experimente werden auf dem Universitätscampus durchgeführt, und die Kriterien für die Einbeziehung der Probanden gehen kaum über deren Nähe und Verfügbarkeit während des Tages hinaus. Um Rückschlüsse auf die breitere Bevölkerung ziehen zu können, müssen die Stichprobengruppen für psychologische Experimente mehr Personen mit unterschiedlichem Hintergrund umfassen. Der Schlüssel zu diesem Problem liegt in Geräten zur Ferndatenerfassung, insbesondere in Geräten, die für den Gebrauch durch die Verbraucher selbst konzipiert sind.

5. Kurz- und langfristige Kostensenkungen

Moderne Cloud-Plattformen haben die physische Distanz irrelevant gemacht.

Der Einsatz eines Tools zur Ferndatenerfassung spart Geld für Werbung.

Randomisierte Stichproben kosten mehr als Gelegenheitsstichproben (z. B. Studenten), da man in der lokalen Gemeinschaft Werbung für die Probanden machen muss. Einfach ausgedrückt: Werbung kostet Geld.

Der Einsatz eines Ferndatenerfassungstools spart Geld für proprietäre IT und Neuroanalysegeräte.

Häufig müssen einzelne Forschungslabore ihre eigene IT-Ausrüstung bezahlen und warten, insbesondere wenn es sich um spezialisierte Hardware für die Datenerfassung handelt. Natürlich verbessert sich die Technologie im Laufe der Zeit. In der Zwischenzeit ist die Aktualisierung der Infrastruktur mit hohen Kosten verbunden. Aus diesem Grund kann der Zugang zu modernen Cloud-Plattformen und kostengünstigerer Datenerfassungshardware den Ressourceneinsatz in der neurowissenschaftlichen Forschung verringern.

6. Die Quantifizierung von Physiologie und Verhalten war schon immer „remote“

Der Abstand zwischen der Sensorhardware und der Datenverarbeitungssoftware ist irrelevant.

Das Verstehen, Vorhersagen und Heilen des menschlichen Verhaltens steht im Mittelpunkt der meisten akademischen Forschungen, insbesondere in den Neurowissenschaften. Typischerweise weckt der Begriff „Verhaltensdatenerfassung“ Bilder von Wissenschaftlern im verdächtig sauberen Laborkittel, die Probanden aus der Ferne mit Klemmbrett und Stoppuhr beobachten und ab und zu Notizen machen.

Dies ist ein einfaches Konzept, aber es ist voller potenzieller Quellen unbekannter Abweichungen, die die Aktivität oder das Verhalten eines Probanden beeinflussen könnten. Bei wissenschaftlichen Experimenten geht es darum, so viele dieser ungeklärten Abweichungen wie möglich zu eliminieren. Diese Praxis ist unerlässlich, um evidenzbasierte Rückschlüsse auf die Ursache zu ziehen, wenn eine Wirkung beobachtet wird.

Wie man Fehlerquellen in der neurowissenschaftlichen Forschung beseitigt

Das Bestreben, Fehlerquellen bei der Quantifizierung der menschlichen Physiologie und des Verhaltens zu eliminieren, ist ein fortlaufender Prozess. Im Grunde genommen geht es dabei in der Regel um Verbesserungen an der Hardware, die Daten von Sensoren erfasst, die dann mit analoger oder digitaler Software verarbeitet werden, um relevante Aspekte, Trends oder Unterschiede zwischen oder innerhalb von Probanden zu identifizieren. Die Ferndatenerfassung ist leistungsfähiger als anfangs angenommen und kann vielfältige, aber relevante Datensätze liefern, die die Vorhersagekraft des Experiments erhöhen.

7. Maschinelles Lernen bietet bessere Daten

Daten + Metadaten + Maschinelles Lernen (ML) = das umfassendste Modell der Verhaltensaktivität.

Künstliche Intelligenzmodelle darüber, wer Sie sind, wo Sie sind, was Sie lieben und hassen, werden in einem Ausmaß eingesetzt, das vielen nicht bewusst ist. Glücklicherweise gibt es auf unserem heutigen Markt kommerzielle Geräte zur Erfassung neurowissenschaftlicher Daten. Ihre Nutzung von Daten und Werbe-Metadaten wird wahrscheinlich zu einem umfassenderen Verständnis des Verhaltens führen, als es in sterileren, isolierten Laborumgebungen erfasst werden könnte.

Im Kern werden die bereitgestellten Daten (Name, Ort, Geburtstag) mit unsichtbaren Metadaten (Verweildauer auf der Website, vorherige Website, Ausstiegsseite) zusammengeführt. Dies hat völlig neue Analysemethoden ermöglicht, die sich für die Messung und Vorhersage des menschlichen Verhaltens als äußerst nützlich erweisen.

Möchten Sie mehr erfahren? Lernen Sie Emotiv kennen

Indem wir die oben genannten Techniken hervorgehoben haben, haben wir gezeigt, dass die Ferndatenerfassung nicht neu ist und die neurowissenschaftliche Forschung mit dem Markteintritt technologischer Verbesserungen weiter verbessert. Angesichts der Geschwindigkeit, mit der sich „remote“ von der anderen Seite des Flurs über das eigene Viertel bis ans andere Ende des Landes und nun um die ganze Welt ausgeweitet hat, ist das Unbehagen traditioneller Forscher leicht nachzuvollziehen. Wenn man jedoch das Ausmaß der technischen Verbesserungen bei der Verbraucher-Hardware und die monumentalen Errungenschaften bei der cloudbasierten Datenanalyse und -verarbeitung bedenkt, wird der Begriff „remote“ für die Art und Weise der Datenerfassung schnell bedeutungslos.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Probanden die Datenerfassung zu Hause ohne direkte Aufsicht des Forschungsteams durchführen können. Sie können diese Informationen über ihr Gehirn für den persönlichen Gebrauch sammeln, haben aber auch die Möglichkeit, ihr EEG hochzuladen oder gezielt EEG-Daten für größere, laufende Forschungsprojekte zu sammeln.

Gegründet im Jahr 2011, ist Emotiv ein in San Francisco ansässiges Bioinformatik-Unternehmen mit der Mission, unser Verständnis des menschlichen Gehirns mithilfe von maßgeschneiderter Elektroenzephalographie-Hardware (EEG), -Analyse und -Visualisierung voranzubringen. Der Ansatz von Emotiv zur EEG-Forschung spiegelt die Bedingungen der „realen Welt“ genauer wider, da sich die getesteten Personen an Orten und in Umgebungen befinden, die ihr tatsächliches Leben besser widerspiegeln.

Emotiv Headsets

Emotiv Insight

Emotiv bedient eine breite Community von Nutzern, von Profis bis hin zu Personen, die einfach nur etwas über ihr Gehirn lernen möchten. Das Emotiv Insight 5-Kanal-EEG-Headset ist für Brain-Computer-Interfaces (BCI) konzipiert. Insight kombiniert ein schlankes, einfach einzurichtendes Design mit revolutionärer Sensortechnologie.

Emotiv Epoc X und EPOC Flex

Das Emotiv Epoc X und EPOC Flex bieten ein 14-Kanal- und 32-Kanal-EEG-System. Die für die neurowissenschaftliche Forschung in jeder Umgebung konzipierten EPOC-Headsets sind kabellos und mit verbesserter Sensortechnologie ausgestattet. Beide Headsets wurden von unabhängigen Forschungsgruppen validiert und liefern nachweislich qualitativ hochwertige Forschungsdaten.

Ein vollständiger Vergleich der technischen Leistungsfähigkeit der EEG-Systeme von Emotiv steht zur Überprüfung bereit.

Emotiv Technologie

Wir verfügen über eine Reihe von Tools, die jeden Schritt der neurowissenschaftlichen Forschung begleiten.

Die Software EmotivPRO ermöglicht es Benutzern, Testergebnisse zu verarbeiten, zu analysieren und zu visualisieren. Forscher können Experimente auch auf professionellem Niveau entwerfen, an denen jeder Teilnehmer mit einem Emotiv-Headset teilnehmen kann, sofern er die Vorgaben des Versuchsaufbaus erfüllt.

Ein Software Development Kit (SDK) für Emotiv ist ebenfalls verfügbar, sodass benutzerdefinierte Apps, Interaktionen oder Versuchsaufbauten von unterwegs aus allein mit dem Headset und einem Smartphone durchgeführt werden können.

Da immer mehr Fachdisziplinen und kommerzielle Märkte neurowissenschaftliche Instrumente und Methoden nutzen, werden die kostengünstigen, benutzerfreundlichen EEG-Systeme von Emotiv in folgenden Bereichen eingesetzt:

• Neurowissenschaftliche Forschung

• Marketing-Initiativen im Bereich Gesundheit und Wellness

• Automobilindustrie

• Neuromarketing

• Konsumentenforschung

• Bildung

• Unterhaltungsbereiche

Zudem können Forscher aufgrund der Qualität, des Preises und der Möglichkeit, Emotiv-Headsets weltweit zu versenden, ein breites Spektrum an qualifizierten Teilnehmern rekrutieren und anmelden. Dank der Qualitätskontrollmetriken, die die Verarbeitungssoftware auswertet, können Forscher dem Datenerfassungsprozess zudem voll vertrauen.