Warum sollte man EEG für die Forschung nutzen?
Mehul Nayak
Aktualisiert am
17.02.2022
Warum sollte man EEG für die Forschung nutzen?
Mehul Nayak
Aktualisiert am
17.02.2022
Warum sollte man EEG für die Forschung nutzen?
Mehul Nayak
Aktualisiert am
17.02.2022
Stellen Sie sich vor, Sie haben ein kurzes Video erstellt und möchten herausfinden, welche Teile des Videos die Menschen ansprechend fanden. Normalerweise würden Sie sie einfach fragen. Vielleicht würden Sie eine Umfrage nutzen. Aber die häufigste Antwort könnte lauten: „Ich bin mir nicht ganz sicher“ oder „Ich kann mich nicht erinnern“. Die Durchführung von Forschungsarbeiten zur menschlichen Wahrnehmung mit rein subjektiven Messwerten kann mit Unsicherheiten behaftet sein, die durch die Messung neurophysiologischer Reaktionen überwunden werden können. EEG-Geräte sind in einer einzigartigen Position als leicht zugängliches, kostengünstiges Werkzeug, welches die Forschung im Bereich der menschlichen Wahrnehmung verbessern kann. Infolgedessen entwickelt es sich schnell zu einem Schlüsselwerkzeug in der Psychologie, im Neuromarketing und im Bereich BCI.
Was ist ein EEG?
Die Elektroenzephalografie (EEG) ist die Messung der elektrischen Aktivität, die von Gehirnzellen, den sogenannten Neuronen, hervorgerufen wird. Es handelt sich um eine sichere und nicht-invasive Methode, bei der Elektroden auf der Kopfhaut platziert werden. Die für diesen Zweck verwendeten EEG-Geräte können von einkanaligen kommerziellen Geräten bis hin zu medizinischen Systemen mit 256 Kanälen variieren. Mehr Details darüber, was ein EEG ist und über verschiedene EEG-Geräte können Sie hier lesen.
Was sind die Vorteile des EEG?
Hohe zeitliche Auflösung
Aufgrund seiner hohen zeitlichen Auflösung ist das EEG in der Lage, präbewusste Prozesse zu erfassen.
Die größte Stärke des EEG gegenüber anderen bildgebenden Verfahren des Gehirns ist seine zeitliche Auflösung, d. h. die Fähigkeit, schnelle Gehirnreaktionen im Millisekundenbereich zu messen. Andere Methoden der Gehirnbildgebung wie die fMRT (funktionelle Magnetresonanztomographie) benötigen nach der Präsentation der interessierenden Reize eine Sekunde oder mehr. Darüber hinaus basieren Verhaltensaufgaben, die darauf ausgelegt sind, Unsicherheiten bei subjektiven Antworten zu vermeiden, in der Regel auf Reaktionszeiten und Knopfdruckreaktionen. Diese können bis zu einer Sekunde dauern, was sehr langsam ist, wenn man bedenkt, dass das Gehirn in der Lage ist, viele komplexe neurophysiologische Prozesse auf einer Millisekundenskala zu erzeugen. Aufgrund seiner hohen zeitlichen Auflösung ist das EEG daher in der Lage, präbewusste Prozesse zu erfassen, die andernfalls bei reinen Selbstauskunfts- und reaktionsbasierten Aufgaben unerkannt bleiben würden.
Erschwinglichkeit und Mobilität
Sportwissenschaft: Paxton Lynch unterzieht sich dem Drucktest mit dem Emotiv Insight EEG-Headset.
EEG-Geräte sind kostengünstig und kabellos geworden, was es Forschern ermöglicht, Untersuchungen im Feld durchzuführen, anstatt die Teilnehmer ins Labor zu holen. Obwohl sowohl das EEG als auch das MEG (Magnetenzephalographie) eine hohe zeitliche Auflösung aufweisen, ist das EEG aufgrund seiner geringen Kosten und seiner Mobilität das zugänglichere Forschungsinstrument, mit dem das menschliche Verhalten in kontrollierten oder natürlichen Umgebungen untersucht werden kann. Alternative Methoden der Bildgebung des Gehirns (z. B. MEG, MRT und PET) erfordern hohe Wartungskosten, und die Teilnehmer müssen für die Durchführung dieser Studien in eine Klinik oder Laborumgebung gebracht werden. Im krassen Gegensatz dazu lässt sich fast jede Umgebung in ein EEG-„Labor“ verwandeln. (Siehe den Review von Park et al.1 darüber, wie mobiles EEG zur Verbesserung der sportlichen Leistung im Feld eingesetzt werden kann)
Inhouse- oder Remote-Studien
Ein EEG muss nicht zwangsläufig laborbasiert mit einem einzelnen Gerät durchgeführt werden. Dank der Fortschritte bei erschwinglichen, kommerziellen EEG-Geräten können Heimanwender ein EEG bei sich selbst aufzeichnen. Die EmotivLABS-Plattform ermöglicht es Forschern, ihre Experimente online mit Emotiv-Headsets durchzuführen, die im Vergleich zu Geräten für die Forschung validiert wurden²ʹ³. Lesen Sie hier über unsere Online-EEG-Pilotstudie oder hier über eine unserer Partnerschaften, bei der Emotiv-Nutzer an einer Studie von zu Hause aus teilnahmen, um eine Präsentationssoftware zu bewerten.
Was können wir mit dem EEG messen?
Am häufigsten verwenden Forscher entweder die Spannungsamplituden zu interessierenden Zeitpunkten nach dem Einsetzen eines Reizes (d. h. ereigniskorrelierte Potentiale oder EKPs) oder die Menge an Oszillationen (von Gehirnwellen) im EEG pro Sekunde (d. h. Zeit-Frequenz-Analyse).
Diese beiden Bereiche ermöglichen es uns, unterschiedliche Forschungsfragen im Zusammenhang mit Verhalten zu beantworten. Darüber hinaus können wir mit der Weiterentwicklung anspruchsvoller Algorithmen des maschinellen Lernens beginnen, mentale Zustände als Reaktion auf interessierende Reize zu entschlüsseln. Mit der Entwicklung von Algorithmen, die für Aufmerksamkeit validiert wurden, können wir nun beispielsweise Fragen wie „Welcher Teil meines Videos hat mehr Aufmerksamkeit erregt?“ ganz einfach beantworten.
Zu beachtende Vorbehalte
Es ist wichtig, daran zu denken, dass wir mit dem EEG Gedanken nicht exakt lesen können. Daher müssen die verglichenen Reize im Idealfall in jedem Aspekt übereinstimmen, mit Ausnahme der interessierenden Variable selbst. Eine gut konzipierte experimentelle Aufgabe ist daher der Grundstein für eine gute EEG-Forschung. Zweitens können EEG-Geräte Störungen durch elektrische Geräte aufnehmen, und EEGs können auch anfällig für Bewegungen sein, was unerwünschte Artefakte in die Aufzeichnung einbringen kann. Roh-EEGs spiegeln somit Reaktionen des gesamten Gehirns wider, die bereinigt und verarbeitet werden müssen, bevor Rückschlüsse auf die Wahrnehmung der Reize gezogen werden können.
Zudem zeichnet die Gehirnaktivität an einer einzelnen Elektrode die Aktivität des gesamten Gehirns auf, und ihre Position lässt nicht präzise auf die Quelle der Aktivität schließen (z. B. bedeutet eine erhöhte Aktivität an einer frontalen Elektrode nicht, dass der Frontallappen diese Reaktion erzeugt hat). Zu diesem Zweck können Methoden wie die Quellenrekonstruktion⁴ der EEG-Reaktion verwendet werden, um die Quelle auf der Kopfhautebene zu bestimmen. Um tiefere Quellen mit größerer Sicherheit zu bestimmen, könnten neurobildgebende Verfahren wie MEG oder fMRT in Kombination mit EEG in Betracht gezogen werden.
EEG in der aktuellen Forschung
Das EEG wird derzeit in vielerlei Hinsicht eingesetzt und hilft Forschern nicht nur in der Psychologie und der Medizin, sondern auch bei Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI), Neurofeedback und beim Verständnis des Konsumentenverhaltens in Bereichen wie dem Neuromarketing.
Medizinische oder klinische Neurowissenschaften
In der Medizin wird das EEG vor allem zur Verbesserung von Diagnose und Behandlung eingesetzt. Die häufigste Anwendung des EEG ist beispielsweise die Diagnose von Epilepsie und die Erkennung von Anfällen⁵ sowie die Erkennung von Schlafanomalien in Schlafstudien⁶. In der Psychiatrie und den klinischen Neurowissenschaften wird das EEG derzeit eingesetzt, um objektive Marker für Störungen zu identifizieren, die andernfalls auf subjektiven klinischen Bewertungen beruhen. Techniken wie das quantitative EEG (qEEG), bei dem die Menge der Schwingungen berechnet und über die Kopfhaut kartiert wird, werden eingesetzt, um die durch verschiedene psychiatrische Störungen verursachten Veränderungen im Gehirn zu charakterisieren⁷. Maschinelles Lernen, das auf die Klassifizierung von gesunden im Vergleich zu erkrankten Gehirnen angewendet wird, ebnet ebenfalls den Weg für objektivere Methoden der Diagnose⁸¹⁹.
Neuromarketing
Zweifellos steht das Verständnis des Konsumentenverhaltens im Mittelpunkt des Neuromarketings. Die häufigste Anwendung des EEG in diesem Bereich besteht darin, weniger auffällige und ansprechende Aspekte von Werbung¹⁰, Produkten oder Dienstleistungen zu ermitteln, um diese zu verbessern.
Emotiv x Neuromarketing – Die Zukunft des Konsumentenverhaltens im Luxury Lab von L'Oreal.
EEG-Oszillationen werden auch verwendet, um festzustellen, ob eine unterbewusste Marken-/Produkt-Erinnerung vorliegt¹¹. Zu den weiteren Anwendungen gehört das Neuropricing, bei dem Verhaltensaufgaben mit EEG eingesetzt werden, um optimale Preisstrategien für Produkte zu finden¹².
Emotiv x Neuromarketing – Wie das Gehirn auf unterschiedliche Preisvorschläge reagiert.
Allgemeine neurowissenschaftliche Forschung
Diese Art der Forschung befasst sich mit dem Verständnis der Funktionsweise des Gehirns (z. B. wie unser Gehirn visuelle oder auditive Reize verarbeitet) und wie verschiedene Teile des Gehirns miteinander kommunizieren. Dazu gehört auch das Verständnis der Beziehung zwischen dem Gehirn und Störungen (z. B. Autismus-Spektrum-Störung oder Schizophrenie). Dies umfasst mehrere Bereiche, darunter soziale, affektive, computergestützte und kognitive Domänen.
Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI)
Die BCI-Forschung zielt darauf ab, mentale Befehle in eine externe Aktion zu übersetzen, indem das EEG mit Computergeräten integriert wird. Die Verwendung mentaler Befehle zum Tippen eines Word-Dokuments, zum Bewegen eines Rollstuhls und sogar zum Bewegen von Prothesen sind einige der aktuellen Entwicklungen im Bereich BCI, die zur Verbesserung der Lebensqualität von Menschen mit Behinderungen eingesetzt werden¹³.
Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI) - Die atemberaubenden Kreationen von John, einem 8-jährigen Jungen mit Zerebralparese, bei brainpaintbyjohn auf Instagram
Eine weitere Revolution findet in der Musikindustrie statt, wo Musiker/Sänger ihre Gedanken nutzen, um Musik zu machen (siehe unseren entsprechenden Beitrag hier)
Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI) – Das EPOC-Headset von Emotiv und der legendäre TONTO-Synthesizer sind die perfekte Kombination.
Insgesamt bietet der Einsatz des EEG vielversprechende Möglichkeiten, über das oberflächliche Verständnis des menschlichen Verhaltens hinauszugehen. Seine Kosteneffizienz und hohe Zugänglichkeit machen es zu einem nützlichen Werkzeug in zahlreichen Disziplinen, in denen Prozesse von der Verbesserung der Benutzererfahrung bis hin zu fortschrittlichen Therapien optimiert werden können, indem man tiefer geht als einfache subjektive Selbstauskünfte und menschliches Verhalten mithilfe des EEG objektiv entschlüsselt.
Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI) – Emotiv x Rodrigo Hubner Mendes steuert Formel-1-Auto mithilfe mentaler Befehle
Artikel von
Roshini Randeniya, Research Officer, Emotiv Research Pty. Ltd
Referenzen
1. Park, J. L., Fairweather, M. M. & Donaldson, D. I. Making the case for mobile cognition: EEG and sports performance. Neurosci. Biobehav. Rev. 52, 117–130 (2015).
2. Kotowski, K., Stapor, K., Leski, J. & Kotas, M. Validation of Emotiv EPOC+ for extracting ERP correlates of emotional face processing. Biocybern. Biomed. Eng. 38, 773–781 (2018).
3. Badcock, N. A. et al. Validation of the Emotiv EPOC EEG system for research quality auditory event-related potentials in children. PeerJ 3, e907 (2015).
4. Michel, C. M. et al. EEG source imaging. Clin. Neurophysiol. 115, 2195–2222 (2004).
5. Noachtar, S. & Rémi, J. The role of EEG in epilepsy: A critical review. Epilepsy Behav. 15, 22–33 (2009).
6. Aldrich, M. S. & Jahnke, B. Diagnostic value of video‐EEG polysomnography. Neurology 41, 1060–1060 (1991).
7. Prichep, L. S. & John, E. R. QEEG profiles of psychiatric disorders. Brain Topogr. 4, 249–257 (1992).
8. Khodayari-Rostamabad, A., Reilly, J. P., Hasey, G. M., de Bruin, H. & MacCrimmon, D. J. A machine learning approach using EEG data to predict response to SSRI treatment for major depressive disorder. Clin. Neurophysiol. 124, 1975–1985 (2013).
9. Čukić, M., López, V. & Pavón, J. Classification of Depression Through Resting-State Electroencephalogram as a Novel Practice in Psychiatry: Review. J. Med. Internet Res. 22, e19548 (2020).
10. Ohme, R., Reykowska, D., Wiener, D. & Choromanska, A. Analysis of neurophysiological reactions to advertising stimuli by means of EEG and galvanic skin response measures. J. Neurosci. Psychol. Econ. 2, 21–31 (2009).
11. Shaari, A., Syafiq, M., Mikami, O. & M.A, M. K. Electroencephalography (EEG) Application in Neuromarketing-Exploring the Subconscious Mind ELECTROENCEPHALOGRAPHY (EEG) APPLICATION IN NEUROMARKETING-EXPLORING THE SUBCONSCIOUS MIND. 14, (2020). (Neuromarketing)
12. Nigdelis, V. & Tsolaki, M. Neuropricing: Perspectives of brain reactions to price exposure. Hell. J. Nucl. Med. 20, 196–203 (2017).
13. Abiri, R., Borhani, S., Jiang, Y. & Zhao, X. Decod
Stellen Sie sich vor, Sie haben ein kurzes Video erstellt und möchten herausfinden, welche Teile des Videos die Menschen ansprechend fanden. Normalerweise würden Sie sie einfach fragen. Vielleicht würden Sie eine Umfrage nutzen. Aber die häufigste Antwort könnte lauten: „Ich bin mir nicht ganz sicher“ oder „Ich kann mich nicht erinnern“. Die Durchführung von Forschungsarbeiten zur menschlichen Wahrnehmung mit rein subjektiven Messwerten kann mit Unsicherheiten behaftet sein, die durch die Messung neurophysiologischer Reaktionen überwunden werden können. EEG-Geräte sind in einer einzigartigen Position als leicht zugängliches, kostengünstiges Werkzeug, welches die Forschung im Bereich der menschlichen Wahrnehmung verbessern kann. Infolgedessen entwickelt es sich schnell zu einem Schlüsselwerkzeug in der Psychologie, im Neuromarketing und im Bereich BCI.
Was ist ein EEG?
Die Elektroenzephalografie (EEG) ist die Messung der elektrischen Aktivität, die von Gehirnzellen, den sogenannten Neuronen, hervorgerufen wird. Es handelt sich um eine sichere und nicht-invasive Methode, bei der Elektroden auf der Kopfhaut platziert werden. Die für diesen Zweck verwendeten EEG-Geräte können von einkanaligen kommerziellen Geräten bis hin zu medizinischen Systemen mit 256 Kanälen variieren. Mehr Details darüber, was ein EEG ist und über verschiedene EEG-Geräte können Sie hier lesen.
Was sind die Vorteile des EEG?
Hohe zeitliche Auflösung
Aufgrund seiner hohen zeitlichen Auflösung ist das EEG in der Lage, präbewusste Prozesse zu erfassen.
Die größte Stärke des EEG gegenüber anderen bildgebenden Verfahren des Gehirns ist seine zeitliche Auflösung, d. h. die Fähigkeit, schnelle Gehirnreaktionen im Millisekundenbereich zu messen. Andere Methoden der Gehirnbildgebung wie die fMRT (funktionelle Magnetresonanztomographie) benötigen nach der Präsentation der interessierenden Reize eine Sekunde oder mehr. Darüber hinaus basieren Verhaltensaufgaben, die darauf ausgelegt sind, Unsicherheiten bei subjektiven Antworten zu vermeiden, in der Regel auf Reaktionszeiten und Knopfdruckreaktionen. Diese können bis zu einer Sekunde dauern, was sehr langsam ist, wenn man bedenkt, dass das Gehirn in der Lage ist, viele komplexe neurophysiologische Prozesse auf einer Millisekundenskala zu erzeugen. Aufgrund seiner hohen zeitlichen Auflösung ist das EEG daher in der Lage, präbewusste Prozesse zu erfassen, die andernfalls bei reinen Selbstauskunfts- und reaktionsbasierten Aufgaben unerkannt bleiben würden.
Erschwinglichkeit und Mobilität
Sportwissenschaft: Paxton Lynch unterzieht sich dem Drucktest mit dem Emotiv Insight EEG-Headset.
EEG-Geräte sind kostengünstig und kabellos geworden, was es Forschern ermöglicht, Untersuchungen im Feld durchzuführen, anstatt die Teilnehmer ins Labor zu holen. Obwohl sowohl das EEG als auch das MEG (Magnetenzephalographie) eine hohe zeitliche Auflösung aufweisen, ist das EEG aufgrund seiner geringen Kosten und seiner Mobilität das zugänglichere Forschungsinstrument, mit dem das menschliche Verhalten in kontrollierten oder natürlichen Umgebungen untersucht werden kann. Alternative Methoden der Bildgebung des Gehirns (z. B. MEG, MRT und PET) erfordern hohe Wartungskosten, und die Teilnehmer müssen für die Durchführung dieser Studien in eine Klinik oder Laborumgebung gebracht werden. Im krassen Gegensatz dazu lässt sich fast jede Umgebung in ein EEG-„Labor“ verwandeln. (Siehe den Review von Park et al.1 darüber, wie mobiles EEG zur Verbesserung der sportlichen Leistung im Feld eingesetzt werden kann)
Inhouse- oder Remote-Studien
Ein EEG muss nicht zwangsläufig laborbasiert mit einem einzelnen Gerät durchgeführt werden. Dank der Fortschritte bei erschwinglichen, kommerziellen EEG-Geräten können Heimanwender ein EEG bei sich selbst aufzeichnen. Die EmotivLABS-Plattform ermöglicht es Forschern, ihre Experimente online mit Emotiv-Headsets durchzuführen, die im Vergleich zu Geräten für die Forschung validiert wurden²ʹ³. Lesen Sie hier über unsere Online-EEG-Pilotstudie oder hier über eine unserer Partnerschaften, bei der Emotiv-Nutzer an einer Studie von zu Hause aus teilnahmen, um eine Präsentationssoftware zu bewerten.
Was können wir mit dem EEG messen?
Am häufigsten verwenden Forscher entweder die Spannungsamplituden zu interessierenden Zeitpunkten nach dem Einsetzen eines Reizes (d. h. ereigniskorrelierte Potentiale oder EKPs) oder die Menge an Oszillationen (von Gehirnwellen) im EEG pro Sekunde (d. h. Zeit-Frequenz-Analyse).
Diese beiden Bereiche ermöglichen es uns, unterschiedliche Forschungsfragen im Zusammenhang mit Verhalten zu beantworten. Darüber hinaus können wir mit der Weiterentwicklung anspruchsvoller Algorithmen des maschinellen Lernens beginnen, mentale Zustände als Reaktion auf interessierende Reize zu entschlüsseln. Mit der Entwicklung von Algorithmen, die für Aufmerksamkeit validiert wurden, können wir nun beispielsweise Fragen wie „Welcher Teil meines Videos hat mehr Aufmerksamkeit erregt?“ ganz einfach beantworten.
Zu beachtende Vorbehalte
Es ist wichtig, daran zu denken, dass wir mit dem EEG Gedanken nicht exakt lesen können. Daher müssen die verglichenen Reize im Idealfall in jedem Aspekt übereinstimmen, mit Ausnahme der interessierenden Variable selbst. Eine gut konzipierte experimentelle Aufgabe ist daher der Grundstein für eine gute EEG-Forschung. Zweitens können EEG-Geräte Störungen durch elektrische Geräte aufnehmen, und EEGs können auch anfällig für Bewegungen sein, was unerwünschte Artefakte in die Aufzeichnung einbringen kann. Roh-EEGs spiegeln somit Reaktionen des gesamten Gehirns wider, die bereinigt und verarbeitet werden müssen, bevor Rückschlüsse auf die Wahrnehmung der Reize gezogen werden können.
Zudem zeichnet die Gehirnaktivität an einer einzelnen Elektrode die Aktivität des gesamten Gehirns auf, und ihre Position lässt nicht präzise auf die Quelle der Aktivität schließen (z. B. bedeutet eine erhöhte Aktivität an einer frontalen Elektrode nicht, dass der Frontallappen diese Reaktion erzeugt hat). Zu diesem Zweck können Methoden wie die Quellenrekonstruktion⁴ der EEG-Reaktion verwendet werden, um die Quelle auf der Kopfhautebene zu bestimmen. Um tiefere Quellen mit größerer Sicherheit zu bestimmen, könnten neurobildgebende Verfahren wie MEG oder fMRT in Kombination mit EEG in Betracht gezogen werden.
EEG in der aktuellen Forschung
Das EEG wird derzeit in vielerlei Hinsicht eingesetzt und hilft Forschern nicht nur in der Psychologie und der Medizin, sondern auch bei Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI), Neurofeedback und beim Verständnis des Konsumentenverhaltens in Bereichen wie dem Neuromarketing.
Medizinische oder klinische Neurowissenschaften
In der Medizin wird das EEG vor allem zur Verbesserung von Diagnose und Behandlung eingesetzt. Die häufigste Anwendung des EEG ist beispielsweise die Diagnose von Epilepsie und die Erkennung von Anfällen⁵ sowie die Erkennung von Schlafanomalien in Schlafstudien⁶. In der Psychiatrie und den klinischen Neurowissenschaften wird das EEG derzeit eingesetzt, um objektive Marker für Störungen zu identifizieren, die andernfalls auf subjektiven klinischen Bewertungen beruhen. Techniken wie das quantitative EEG (qEEG), bei dem die Menge der Schwingungen berechnet und über die Kopfhaut kartiert wird, werden eingesetzt, um die durch verschiedene psychiatrische Störungen verursachten Veränderungen im Gehirn zu charakterisieren⁷. Maschinelles Lernen, das auf die Klassifizierung von gesunden im Vergleich zu erkrankten Gehirnen angewendet wird, ebnet ebenfalls den Weg für objektivere Methoden der Diagnose⁸¹⁹.
Neuromarketing
Zweifellos steht das Verständnis des Konsumentenverhaltens im Mittelpunkt des Neuromarketings. Die häufigste Anwendung des EEG in diesem Bereich besteht darin, weniger auffällige und ansprechende Aspekte von Werbung¹⁰, Produkten oder Dienstleistungen zu ermitteln, um diese zu verbessern.
Emotiv x Neuromarketing – Die Zukunft des Konsumentenverhaltens im Luxury Lab von L'Oreal.
EEG-Oszillationen werden auch verwendet, um festzustellen, ob eine unterbewusste Marken-/Produkt-Erinnerung vorliegt¹¹. Zu den weiteren Anwendungen gehört das Neuropricing, bei dem Verhaltensaufgaben mit EEG eingesetzt werden, um optimale Preisstrategien für Produkte zu finden¹².
Emotiv x Neuromarketing – Wie das Gehirn auf unterschiedliche Preisvorschläge reagiert.
Allgemeine neurowissenschaftliche Forschung
Diese Art der Forschung befasst sich mit dem Verständnis der Funktionsweise des Gehirns (z. B. wie unser Gehirn visuelle oder auditive Reize verarbeitet) und wie verschiedene Teile des Gehirns miteinander kommunizieren. Dazu gehört auch das Verständnis der Beziehung zwischen dem Gehirn und Störungen (z. B. Autismus-Spektrum-Störung oder Schizophrenie). Dies umfasst mehrere Bereiche, darunter soziale, affektive, computergestützte und kognitive Domänen.
Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI)
Die BCI-Forschung zielt darauf ab, mentale Befehle in eine externe Aktion zu übersetzen, indem das EEG mit Computergeräten integriert wird. Die Verwendung mentaler Befehle zum Tippen eines Word-Dokuments, zum Bewegen eines Rollstuhls und sogar zum Bewegen von Prothesen sind einige der aktuellen Entwicklungen im Bereich BCI, die zur Verbesserung der Lebensqualität von Menschen mit Behinderungen eingesetzt werden¹³.
Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI) - Die atemberaubenden Kreationen von John, einem 8-jährigen Jungen mit Zerebralparese, bei brainpaintbyjohn auf Instagram
Eine weitere Revolution findet in der Musikindustrie statt, wo Musiker/Sänger ihre Gedanken nutzen, um Musik zu machen (siehe unseren entsprechenden Beitrag hier)
Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI) – Das EPOC-Headset von Emotiv und der legendäre TONTO-Synthesizer sind die perfekte Kombination.
Insgesamt bietet der Einsatz des EEG vielversprechende Möglichkeiten, über das oberflächliche Verständnis des menschlichen Verhaltens hinauszugehen. Seine Kosteneffizienz und hohe Zugänglichkeit machen es zu einem nützlichen Werkzeug in zahlreichen Disziplinen, in denen Prozesse von der Verbesserung der Benutzererfahrung bis hin zu fortschrittlichen Therapien optimiert werden können, indem man tiefer geht als einfache subjektive Selbstauskünfte und menschliches Verhalten mithilfe des EEG objektiv entschlüsselt.
Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI) – Emotiv x Rodrigo Hubner Mendes steuert Formel-1-Auto mithilfe mentaler Befehle
Artikel von
Roshini Randeniya, Research Officer, Emotiv Research Pty. Ltd
Referenzen
1. Park, J. L., Fairweather, M. M. & Donaldson, D. I. Making the case for mobile cognition: EEG and sports performance. Neurosci. Biobehav. Rev. 52, 117–130 (2015).
2. Kotowski, K., Stapor, K., Leski, J. & Kotas, M. Validation of Emotiv EPOC+ for extracting ERP correlates of emotional face processing. Biocybern. Biomed. Eng. 38, 773–781 (2018).
3. Badcock, N. A. et al. Validation of the Emotiv EPOC EEG system for research quality auditory event-related potentials in children. PeerJ 3, e907 (2015).
4. Michel, C. M. et al. EEG source imaging. Clin. Neurophysiol. 115, 2195–2222 (2004).
5. Noachtar, S. & Rémi, J. The role of EEG in epilepsy: A critical review. Epilepsy Behav. 15, 22–33 (2009).
6. Aldrich, M. S. & Jahnke, B. Diagnostic value of video‐EEG polysomnography. Neurology 41, 1060–1060 (1991).
7. Prichep, L. S. & John, E. R. QEEG profiles of psychiatric disorders. Brain Topogr. 4, 249–257 (1992).
8. Khodayari-Rostamabad, A., Reilly, J. P., Hasey, G. M., de Bruin, H. & MacCrimmon, D. J. A machine learning approach using EEG data to predict response to SSRI treatment for major depressive disorder. Clin. Neurophysiol. 124, 1975–1985 (2013).
9. Čukić, M., López, V. & Pavón, J. Classification of Depression Through Resting-State Electroencephalogram as a Novel Practice in Psychiatry: Review. J. Med. Internet Res. 22, e19548 (2020).
10. Ohme, R., Reykowska, D., Wiener, D. & Choromanska, A. Analysis of neurophysiological reactions to advertising stimuli by means of EEG and galvanic skin response measures. J. Neurosci. Psychol. Econ. 2, 21–31 (2009).
11. Shaari, A., Syafiq, M., Mikami, O. & M.A, M. K. Electroencephalography (EEG) Application in Neuromarketing-Exploring the Subconscious Mind ELECTROENCEPHALOGRAPHY (EEG) APPLICATION IN NEUROMARKETING-EXPLORING THE SUBCONSCIOUS MIND. 14, (2020). (Neuromarketing)
12. Nigdelis, V. & Tsolaki, M. Neuropricing: Perspectives of brain reactions to price exposure. Hell. J. Nucl. Med. 20, 196–203 (2017).
13. Abiri, R., Borhani, S., Jiang, Y. & Zhao, X. Decod
Stellen Sie sich vor, Sie haben ein kurzes Video erstellt und möchten herausfinden, welche Teile des Videos die Menschen ansprechend fanden. Normalerweise würden Sie sie einfach fragen. Vielleicht würden Sie eine Umfrage nutzen. Aber die häufigste Antwort könnte lauten: „Ich bin mir nicht ganz sicher“ oder „Ich kann mich nicht erinnern“. Die Durchführung von Forschungsarbeiten zur menschlichen Wahrnehmung mit rein subjektiven Messwerten kann mit Unsicherheiten behaftet sein, die durch die Messung neurophysiologischer Reaktionen überwunden werden können. EEG-Geräte sind in einer einzigartigen Position als leicht zugängliches, kostengünstiges Werkzeug, welches die Forschung im Bereich der menschlichen Wahrnehmung verbessern kann. Infolgedessen entwickelt es sich schnell zu einem Schlüsselwerkzeug in der Psychologie, im Neuromarketing und im Bereich BCI.
Was ist ein EEG?
Die Elektroenzephalografie (EEG) ist die Messung der elektrischen Aktivität, die von Gehirnzellen, den sogenannten Neuronen, hervorgerufen wird. Es handelt sich um eine sichere und nicht-invasive Methode, bei der Elektroden auf der Kopfhaut platziert werden. Die für diesen Zweck verwendeten EEG-Geräte können von einkanaligen kommerziellen Geräten bis hin zu medizinischen Systemen mit 256 Kanälen variieren. Mehr Details darüber, was ein EEG ist und über verschiedene EEG-Geräte können Sie hier lesen.
Was sind die Vorteile des EEG?
Hohe zeitliche Auflösung
Aufgrund seiner hohen zeitlichen Auflösung ist das EEG in der Lage, präbewusste Prozesse zu erfassen.
Die größte Stärke des EEG gegenüber anderen bildgebenden Verfahren des Gehirns ist seine zeitliche Auflösung, d. h. die Fähigkeit, schnelle Gehirnreaktionen im Millisekundenbereich zu messen. Andere Methoden der Gehirnbildgebung wie die fMRT (funktionelle Magnetresonanztomographie) benötigen nach der Präsentation der interessierenden Reize eine Sekunde oder mehr. Darüber hinaus basieren Verhaltensaufgaben, die darauf ausgelegt sind, Unsicherheiten bei subjektiven Antworten zu vermeiden, in der Regel auf Reaktionszeiten und Knopfdruckreaktionen. Diese können bis zu einer Sekunde dauern, was sehr langsam ist, wenn man bedenkt, dass das Gehirn in der Lage ist, viele komplexe neurophysiologische Prozesse auf einer Millisekundenskala zu erzeugen. Aufgrund seiner hohen zeitlichen Auflösung ist das EEG daher in der Lage, präbewusste Prozesse zu erfassen, die andernfalls bei reinen Selbstauskunfts- und reaktionsbasierten Aufgaben unerkannt bleiben würden.
Erschwinglichkeit und Mobilität
Sportwissenschaft: Paxton Lynch unterzieht sich dem Drucktest mit dem Emotiv Insight EEG-Headset.
EEG-Geräte sind kostengünstig und kabellos geworden, was es Forschern ermöglicht, Untersuchungen im Feld durchzuführen, anstatt die Teilnehmer ins Labor zu holen. Obwohl sowohl das EEG als auch das MEG (Magnetenzephalographie) eine hohe zeitliche Auflösung aufweisen, ist das EEG aufgrund seiner geringen Kosten und seiner Mobilität das zugänglichere Forschungsinstrument, mit dem das menschliche Verhalten in kontrollierten oder natürlichen Umgebungen untersucht werden kann. Alternative Methoden der Bildgebung des Gehirns (z. B. MEG, MRT und PET) erfordern hohe Wartungskosten, und die Teilnehmer müssen für die Durchführung dieser Studien in eine Klinik oder Laborumgebung gebracht werden. Im krassen Gegensatz dazu lässt sich fast jede Umgebung in ein EEG-„Labor“ verwandeln. (Siehe den Review von Park et al.1 darüber, wie mobiles EEG zur Verbesserung der sportlichen Leistung im Feld eingesetzt werden kann)
Inhouse- oder Remote-Studien
Ein EEG muss nicht zwangsläufig laborbasiert mit einem einzelnen Gerät durchgeführt werden. Dank der Fortschritte bei erschwinglichen, kommerziellen EEG-Geräten können Heimanwender ein EEG bei sich selbst aufzeichnen. Die EmotivLABS-Plattform ermöglicht es Forschern, ihre Experimente online mit Emotiv-Headsets durchzuführen, die im Vergleich zu Geräten für die Forschung validiert wurden²ʹ³. Lesen Sie hier über unsere Online-EEG-Pilotstudie oder hier über eine unserer Partnerschaften, bei der Emotiv-Nutzer an einer Studie von zu Hause aus teilnahmen, um eine Präsentationssoftware zu bewerten.
Was können wir mit dem EEG messen?
Am häufigsten verwenden Forscher entweder die Spannungsamplituden zu interessierenden Zeitpunkten nach dem Einsetzen eines Reizes (d. h. ereigniskorrelierte Potentiale oder EKPs) oder die Menge an Oszillationen (von Gehirnwellen) im EEG pro Sekunde (d. h. Zeit-Frequenz-Analyse).
Diese beiden Bereiche ermöglichen es uns, unterschiedliche Forschungsfragen im Zusammenhang mit Verhalten zu beantworten. Darüber hinaus können wir mit der Weiterentwicklung anspruchsvoller Algorithmen des maschinellen Lernens beginnen, mentale Zustände als Reaktion auf interessierende Reize zu entschlüsseln. Mit der Entwicklung von Algorithmen, die für Aufmerksamkeit validiert wurden, können wir nun beispielsweise Fragen wie „Welcher Teil meines Videos hat mehr Aufmerksamkeit erregt?“ ganz einfach beantworten.
Zu beachtende Vorbehalte
Es ist wichtig, daran zu denken, dass wir mit dem EEG Gedanken nicht exakt lesen können. Daher müssen die verglichenen Reize im Idealfall in jedem Aspekt übereinstimmen, mit Ausnahme der interessierenden Variable selbst. Eine gut konzipierte experimentelle Aufgabe ist daher der Grundstein für eine gute EEG-Forschung. Zweitens können EEG-Geräte Störungen durch elektrische Geräte aufnehmen, und EEGs können auch anfällig für Bewegungen sein, was unerwünschte Artefakte in die Aufzeichnung einbringen kann. Roh-EEGs spiegeln somit Reaktionen des gesamten Gehirns wider, die bereinigt und verarbeitet werden müssen, bevor Rückschlüsse auf die Wahrnehmung der Reize gezogen werden können.
Zudem zeichnet die Gehirnaktivität an einer einzelnen Elektrode die Aktivität des gesamten Gehirns auf, und ihre Position lässt nicht präzise auf die Quelle der Aktivität schließen (z. B. bedeutet eine erhöhte Aktivität an einer frontalen Elektrode nicht, dass der Frontallappen diese Reaktion erzeugt hat). Zu diesem Zweck können Methoden wie die Quellenrekonstruktion⁴ der EEG-Reaktion verwendet werden, um die Quelle auf der Kopfhautebene zu bestimmen. Um tiefere Quellen mit größerer Sicherheit zu bestimmen, könnten neurobildgebende Verfahren wie MEG oder fMRT in Kombination mit EEG in Betracht gezogen werden.
EEG in der aktuellen Forschung
Das EEG wird derzeit in vielerlei Hinsicht eingesetzt und hilft Forschern nicht nur in der Psychologie und der Medizin, sondern auch bei Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI), Neurofeedback und beim Verständnis des Konsumentenverhaltens in Bereichen wie dem Neuromarketing.
Medizinische oder klinische Neurowissenschaften
In der Medizin wird das EEG vor allem zur Verbesserung von Diagnose und Behandlung eingesetzt. Die häufigste Anwendung des EEG ist beispielsweise die Diagnose von Epilepsie und die Erkennung von Anfällen⁵ sowie die Erkennung von Schlafanomalien in Schlafstudien⁶. In der Psychiatrie und den klinischen Neurowissenschaften wird das EEG derzeit eingesetzt, um objektive Marker für Störungen zu identifizieren, die andernfalls auf subjektiven klinischen Bewertungen beruhen. Techniken wie das quantitative EEG (qEEG), bei dem die Menge der Schwingungen berechnet und über die Kopfhaut kartiert wird, werden eingesetzt, um die durch verschiedene psychiatrische Störungen verursachten Veränderungen im Gehirn zu charakterisieren⁷. Maschinelles Lernen, das auf die Klassifizierung von gesunden im Vergleich zu erkrankten Gehirnen angewendet wird, ebnet ebenfalls den Weg für objektivere Methoden der Diagnose⁸¹⁹.
Neuromarketing
Zweifellos steht das Verständnis des Konsumentenverhaltens im Mittelpunkt des Neuromarketings. Die häufigste Anwendung des EEG in diesem Bereich besteht darin, weniger auffällige und ansprechende Aspekte von Werbung¹⁰, Produkten oder Dienstleistungen zu ermitteln, um diese zu verbessern.
Emotiv x Neuromarketing – Die Zukunft des Konsumentenverhaltens im Luxury Lab von L'Oreal.
EEG-Oszillationen werden auch verwendet, um festzustellen, ob eine unterbewusste Marken-/Produkt-Erinnerung vorliegt¹¹. Zu den weiteren Anwendungen gehört das Neuropricing, bei dem Verhaltensaufgaben mit EEG eingesetzt werden, um optimale Preisstrategien für Produkte zu finden¹².
Emotiv x Neuromarketing – Wie das Gehirn auf unterschiedliche Preisvorschläge reagiert.
Allgemeine neurowissenschaftliche Forschung
Diese Art der Forschung befasst sich mit dem Verständnis der Funktionsweise des Gehirns (z. B. wie unser Gehirn visuelle oder auditive Reize verarbeitet) und wie verschiedene Teile des Gehirns miteinander kommunizieren. Dazu gehört auch das Verständnis der Beziehung zwischen dem Gehirn und Störungen (z. B. Autismus-Spektrum-Störung oder Schizophrenie). Dies umfasst mehrere Bereiche, darunter soziale, affektive, computergestützte und kognitive Domänen.
Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI)
Die BCI-Forschung zielt darauf ab, mentale Befehle in eine externe Aktion zu übersetzen, indem das EEG mit Computergeräten integriert wird. Die Verwendung mentaler Befehle zum Tippen eines Word-Dokuments, zum Bewegen eines Rollstuhls und sogar zum Bewegen von Prothesen sind einige der aktuellen Entwicklungen im Bereich BCI, die zur Verbesserung der Lebensqualität von Menschen mit Behinderungen eingesetzt werden¹³.
Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI) - Die atemberaubenden Kreationen von John, einem 8-jährigen Jungen mit Zerebralparese, bei brainpaintbyjohn auf Instagram
Eine weitere Revolution findet in der Musikindustrie statt, wo Musiker/Sänger ihre Gedanken nutzen, um Musik zu machen (siehe unseren entsprechenden Beitrag hier)
Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI) – Das EPOC-Headset von Emotiv und der legendäre TONTO-Synthesizer sind die perfekte Kombination.
Insgesamt bietet der Einsatz des EEG vielversprechende Möglichkeiten, über das oberflächliche Verständnis des menschlichen Verhaltens hinauszugehen. Seine Kosteneffizienz und hohe Zugänglichkeit machen es zu einem nützlichen Werkzeug in zahlreichen Disziplinen, in denen Prozesse von der Verbesserung der Benutzererfahrung bis hin zu fortschrittlichen Therapien optimiert werden können, indem man tiefer geht als einfache subjektive Selbstauskünfte und menschliches Verhalten mithilfe des EEG objektiv entschlüsselt.
Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI) – Emotiv x Rodrigo Hubner Mendes steuert Formel-1-Auto mithilfe mentaler Befehle
Artikel von
Roshini Randeniya, Research Officer, Emotiv Research Pty. Ltd
Referenzen
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