Wenn Sie mit dem EEG-System Flex 2.0 von EMOTIV arbeiten, gibt es ein wichtiges technisches Detail, das oft Fragen aufwirft: Die Daten werden zunächst mit 2048 Hz erfasst, aber später für die Übertragung auf 128 oder 256 Hz herunterskaliert. Warum geschieht das? Und wie wirkt sich das auf die Qualität der Daten aus — insbesondere in realen Szenarien wie Motoraufgabenexperimenten?

Lasst uns die Gründe für diese wichtige Designentscheidung untersuchen.

Das Problem: Rauschen von Stromleitungen

Eines der größten Herausforderungen bei mobilen EEG-Systemen ist die elektromagnetische Störung aus der Umgebung — insbesondere von elektrischen Stromleitungen und künstlicher Beleuchtung. Diese Systeme strahlen Energie hauptsächlich bei der Grundfrequenz der Stromleitung (entweder 50Hz oder 60Hz, je nach Region), jedoch nicht ausschließlich.

Aufgrund der nicht-sinusförmigen Natur des Stromflusses in Stromsystemen wird auch erhebliche Energie bei harmonischen Frequenzen ausgestrahlt — beispielsweise 100Hz, 150Hz, 200Hz und so weiter. Diese Harmoniken können sich überlagern und tatsächliche Gehirnsignale während der Datenerfassung verzerren, was eine ernsthafte Herausforderung für eine genaue EEG-Analyse darstellt.

Warum 2048 Hz Abtastung?

Um damit umzugehen, erhebt Flex 2.0 alle EEG-Kanäle mit einer hohen Frequenz von 2048 Hz. Diese hohe Abtastrate bietet einen großen aliasfreien Bereich (bis zu 1024 Hz, gemäß dem Nyquist-Theorem), der sowohl die echten Gehirnsignale als auch die Rauschquellen in ihren tatsächlichen spektralen Positionen bewahrt. Mit anderen Worten, wir erhalten eine saubere, vollständige Version des Signals, bevor eine Verarbeitung erfolgt.

Die Rolle der Filterung

Sobald das Signal mit 2048 Hz erfasst wurde, wendet EMOTIV einen digitalen Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 43 Hz an. Dies entfernt effektiv den Großteil des hochfrequenten Rauschens, einschließlich Muskelartefakte und anderer nicht-kognitiver Signale, die in der EEG-Forschung normalerweise nicht nützlich sind. Darüber hinaus sind bei 50 Hz und 60 Hz Notch-Filter vorhanden, um das Leitungsrauschen aus Stromsystemen direkt zu unterdrücken, sodass das verbleibende Signal sauber und nutzbar ist.

Warum herunterskalieren?

Nach der Filterung wird das EEG-Signal entweder auf 128 Hz oder 256 Hz herunterskaliert, je nach Auswahl des Benutzers. Dies dient drei Hauptzwecken:

1. Vermeidung von Aliasing: Da die Filterung vor der Herunterskalierung vorgenommen wurde, enthält das Signal keine Frequenzen mehr über der Nyquist-Grenze von 64 Hz (bei 128 Hz Abtastung) oder 128 Hz (bei 256 Hz). Dies beseitigt das Risiko, dass hochfrequentes Rauschen in das niederfrequente EEG-Band zurückfällt — ein Phänomen, das als Aliasing bekannt ist.

2. Effiziente Übertragung: Die drahtlose Übertragung von rohen EEG-Daten bei 2048 Hz wäre äußerst ineffizient und würde erheblich Bandbreite erfordern. Die Herunterskalierung reduziert die Menge der übertragenen Daten drastisch — um einen Faktor von 8x oder 4x — was zu einer längeren Akkulaufzeit und stabilerer drahtloser Leistung führt.

3. Bewahrte EEG-Fidelity: EEG-Signale von Interesse (wie Alpha, Theta, Beta und sogar niedriges Gamma) treten normalerweise weit unter 43 Hz auf. Das bedeutet, dass die Abtastung bei 128 oder 256 Hz mehr als ausreichend ist, um diese Gehirnwellenmuster mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
   
   
   

Echte Anwendungen bei Motoraufgaben

Bei Experimenten, die motorische Funktionen, Aufmerksamkeit oder Entscheidungen betreffen, liegen die Frequenzen von Interesse normalerweise unter 40 Hz. Daher verschlechtert die Herunterskalierung auf 128 Hz oder 256 Hz nicht die Qualität oder Nützlichkeit der EEG-Daten für die Verhaltensforschung in der realen Welt.

Die anfängliche Hochfrequenzabtastung und die strengen Filterstellen sicher, dass die Signale sauber und präzise sind — und die herunterskalierten Daten bewahren diese Qualität für effektive Echtzeit- oder nachträgliche Analysen.

Zusammenfassung

Die Entscheidung von EMOTIV, EEG-Signale mit 2048 Hz abzutasten und diese dann herunterszukalieren, ist ein absichtlicher und technisch solider Ansatz, der darauf ausgelegt ist, die Datenqualität mit Energieeffizienz und drahtloser Leistung in Einklang zu bringen. Indem das Problem des Umgebungsrauschens auf Hardware- und Vorverarbeitungsebene behandelt wird, stellt Flex 2.0 sicher, dass Forscher hochpräzise Daten erhalten, die für EEG-Anwendungen in der realen Welt optimiert sind.

Egal, ob Sie motorisches Verhalten, kognitive Belastung oder emotionale Zustände untersuchen, Sie können darauf vertrauen, dass das herunterskalierte EEG von EMOTIV’s Flex 2.0 sowohl auf Genauigkeit als auch auf Benutzerfreundlichkeit ausgelegt ist.