262

FÖRDERUNG DES WISSENSCHAFTLICHEN NACHWUCHSES

der Basis simultaner Messung mehrerer dieser Signale untersuchen wir den Zusam-
menhang zwischen den verschiedenen Signaltypen bzw. Organisationsebenen.
Unter Verwendung der entwickelten Analyseverfahren wird in diesem Projekt
erstmals das vielversprechende Potential eines Brain-Computer-Interface (BCI) basie-
rend auf dem direkt vom menschlichen Cortex aufgenommenen Electrocortico-
gramms (ECoG) untersucht. Hierzu werden im Rahmen dieses Projekts Unter-
suchungen an Patienten der neurochirurgischen Universitätsklinik Freiburg durch-
geführt, bei denen zur prächirurgischen Diagnostik mtracranielle Elektroden
implantiert werden. Dieser innovative Ansatz wird mit den Methoden des konven-
tionellen, aut dem an der Kopfoberfläche gemessenen Elektroencephalogramm
(EEG) basierenden BCIs kombiniert. Ziel ist es, die grundsätzliche Möglichkeit eines
leistungsfähigeren Systems zu untersuchen, das es im Gegensatz zu existierenden
BCIs erlaubt, einen Effektor in Echtzeit und mit mehreren Freiheitsgraden zu kon-
trollieren. Die Entwicklung eines solchen effizienteren BCIs ist von hoher klinischer
Relevanz.
Dieses ambitionierte Projekt ist nur in einer engen interdisziplinären Zusam-
menarbeit zwischen experimentellen und theoretischen Arbeitsgruppen realisierbar.
Entsprechend konnte eine Kooperation geknüpft werden, welche die Expertisen für
neurophysiologische Signalanalyse, invasive und nicht-invasive Elektrophysiologie
und Bram-Computer-Interfacing vereinigt.
Tätigkeitsbericht
In dem seit Oktober 2002 durch die Heidelberger Akademie der Wissenschaften teil-
geförderten Projekt wurden bisher folgende Arbeiten durchgeführt:
Wie wir jüngst zeigen konnten, lässt sich die Richtung einer Armbewegung
aus LFPs mit einer ähnlich hohen Genauigkeit bestimmen, wie aus dem Signal ein-
zelner Zellen (siehe dazu Mehring et al. 2003a). Aufbauend darauf haben wir nun
den Zusammenhang zwischen den Signalen einzelner Nervenzellen und gleichzei-
tig erfasster LFPs studiert. Diese Analyse führte zu einem überraschenden Ergebnis:
wir fanden starke Hinweise auf eine, in Bezug auf das jeweils vorherrschende Rich-
tungstuning, topographische Organisation der motorischen Großhirnrinde (siehe
dazu Mehring et al. 2003b). Basierend auf unseren bisherigen Arbeiten lässt sich fest-
stellen, dass die lokalen Feldpotentiale eine äußerst interessante Alternative für die
Entwicklung zukünftiger Brain-Computer-Interfaces darstellen (siehe dazu auch
Peasaran et al. 2002). Auf der Ebene der Einzelzellsignale streben wir eine Optimie-
rung der bisher verwendeten Modelle zur Beschreibung neuronaler Prozesse an. Zu
diesem Zweck testen wir eine Reihe unterschiedlicher Modellklassen (siehe dazu
Nawrot et al. 2003).
In der bisherigen Projektzeit wurde ebenfalls für die Durchführung motori-
scher Paradigmen, wie sie klassisch mit Affen durchgeführt werden, em neues, fle-
xibles experimentelles Setup entwickelt, das zunächst bei EEG Messungen an gesun-
den Patienten erprobt wurde und nun an die Anforderungen an die Experimente
mit geeigneten Patienten angepasst wird. Erste Experimente mit Patienten, bei