Brain-Computer-Communication

Das Kommunikationsverfahren:
Buchstabenwahl zur schriftlichen Kommunikation

Als Hauptanwendung des TTD wurde eine Programmkomponente entwickelt, welche die Möglichkeit der schriftlichen Kommunikation über binäre Antwortsequenzen bietet: Das Language Support Program (LSP, Perelmouter et al., 1999).

Die Aufgabe des Patienten besteht beim LSP darin, Teile des Alphabets oder einzelne Buchstaben, die beispielsweise im unteren Tor des Feedback-Bildschirms dargeboten werden, durch Veränderung des kortikalen Potentials (z.B. Positivierung) auszuwählen oder zurückzuweisen (z.B. durch kortikale Negativierung). Um einen einzigen Buchstaben aus dem gesamten Alphabet mit möglichst wenigen binären Antworten auszuwählen, ist es nötig, eine optimale Menüstruktur zu finden. Diese hängt sowohl von der Quote der richtigen Auswahlreaktionen, als auch der richtigen Zurückweisungen ab . Für die meisten Patienten ist eine dichotome Menüstruktur geeignet. Das bedeutet, das Alphabet (hier bestehend aus 32 Zeichen inklusive Umlauten und Satzzeichen) wird zunächst in zwei Hälften geteilt, die in zwei aufeinanderfolgenden Durchgängen nacheinander zur Auswahl stehen. Die gewählte Hälfte wird dann wieder in zwei Teile geteilt usw., bis schließlich nur noch der gewünschte Buchstabe dargeboten wird. Ein dichotomer Aufbau mit 32 Zeichen ergibt 5 Ebenen (25=32), wodurch ein Buchstabe je nach Position in 5 bis 10 Durchgängen gewählt werden kann. Um möglichst viele Buchstaben mit möglichst wenigen Durchgängen schreiben zu können, muß das Alphabet in eine für diese Struktur günstigere Reihenfolge als die übliche gebracht werden. Dazu wurden zunächst die Buchstaben nach der Häufigkeit ihres Vorkommens im deutschen Sprachgebrauch sortiert, wodurch sich folgende Rangfolge mit E als häufigstem Buchstaben ergibt (nach Duden):

E N I R S T A H D U G L C B M F _ O W K Z V Ü P Ä Ö J Q X Y ...

Abb. 1: Feedback-Bildschirm des TTD- Language Support Programs. Diese Sequenz wird nun so in den dichotomen Entscheidungsbaum eingebaut, daß die häufigeren Buchstaben weniger Auswahlschritte benötigen, die weniger häufigen dagegen mehr. Auch dabei müssen die Fehlerraten berücksichtigt werden. Da die Zuverlässigkeit für eine richtige Antwort meist nur bei 80 bis 90 % liegt, ist es sinnvoll, auf jeder Ebene eine Korrekturmöglichkeit in der Form einer ‚Zurück- oder ‚Löschen-Option anzubieten, die zur Auswahl erscheint, nachdem keiner der beiden Alphabetausschnitte gewählt wurde. Zurück bedeutet hier, zur vorherigen Ebene zurückzukehren. Die oberste Ebene bietet die Möglichkeit, den zuletzt geschriebenen Buchstaben wieder zu löschen. Die drei Wahlmöglichkeiten einer Ebene werden so lange wiederholt, bis eine Auswahl stattfindet. Durchschnittlich kann dann ein Buchstabe mit 7 bis 8 Durchgängen gewählt werden, unter Berücksichtigung von Fehlern entsprechend mehr. Der Trainingsablauf sieht vor, zunächst kürzere, später längere Wörter bis hin zu Sätzen abschreiben zu lassen. Erst wenn auch diese Aufgaben zuverlässig beherrscht werden, darf ein Patient dazu übergehen, frei Texte und Briefe zu schreiben. Außerdem ist es möglich, an das System ein sogenanntes „Environmental Control Unit zur Steuerung einfacher Vorgänge in der Umgebung anzuschließen (siehe Abbildung 1). Dann kann durch Auswählen bestimmter Worte (z.B. Licht an/aus) die Zimmerbeleuchtung ein- oder ausgeschaltet werden, Fernsehkanäle kann ausgewählt werden und vieles mehr.


Erweiterung des Kommunikationsangebots:
Mit dem TTD ins Internet

Die Fähigkeit zum Schreiben freier Texte über das TTD eröffnet vollständig gelähmten Menschen eine Reihe interessanter Anwendungen. Beispielsweise erproben wir derzeit, den Locked-In-Patienten die neuen Medien wie e-mail und Internet zugänglich zu machen. Dazu wurde zunächst das LSP auf einer Windows- Oberfläche implementiert. Mit Windows-Programmiersprachen, wie Visual-Basic, war es möglich, die Anbindung an das Internet zu realisieren. Zum Verfassen einer e-mail kann der Patient wie gewohnt über SCP-Feedback und –Selbstkontrolle Buchstaben auswählen, um damit eine Nachricht zu schreiben. Zum Versenden des Briefes als e-mail kann er am Ende selbständig die gewünschte e-mail-Adresse anfügen und über eine Befehlssequenz abschicken. Weitaus komplexer ist das Navigieren im Internet. Bisher konnte die Zeichenauswahl an einem einfachen und vertrauten Bildschirmdesign erfolgen (ein Ball und zwei Tore, in denen die Zeichen nach bekanntem Schema zu wählen sind). Eine Web-Seite wird jedoch als grafisch anspruchsvoller Bildschirmaufbau präsentiert. Außerdem bietet sie eine Reihe von Auswahlmöglichkeiten, die in den grafischen Aufbau eingearbeitet sind. Üblicherweise geschieht die Auswahl mit einem Mausklick an der entsprechenden Bildschirmposition.

Feedback-Bildschirm des TTD- Web-Browsers. Ein speziell entwickelter Internetbrowser als Teil des TTD ermöglichte einem ALS-Patienten das Anwählen von Webseiten per Gedankensteuerung. Um mit dem TTD einen solchen Internetbrowser bedienen zu können, ist es notwendig, sowohl die Grundfunktionen des Browsers als auch die Auswahl auf der Web- Seite in eine binäre Menüstruktur zu übersetzen. Als Grundfunktionen müssen z.B. ‚Seite laden, Bookmark wählen, Stop, Bildschirm scrollen, usw. verfügbar sein. Dafür kann ein gewohnter binärer Menübaum ähnlich dem des LSP verwendet werden. Dagegen muß der Menübaum zur Auswahl von Optionen einer Web-Seite dynamisch an jede Seite neu angepaßt werden. Für den Patienten bedeutet dies, daß er sich nun auch in veränderlichen Menüs zurechtfinden lernen muß. Die Aufgabe für den Programmierer besteht darin, die vielfältigen Auswahlmöglichkeiten klar und übersichtlich auf der Feedbackoberfläche darzubieten. Hier ist für den Patienten wieder eine schrittweise Einführung mit anfangs nur wenigen Optionen sinnvoll: Der Patient beginnt im Feedback- Modus, indem er auf dem Bildschirm statt Buchstaben die Browsergrundfunktionen wählen kann. Damit erreicht er, daß eine bestimmte Web-Seite geladen wird. Diese kann eine definierte Zeit betrachtet werden. Danach werden die Auswahlmöglichkeiten auf dem Bildschirm angezeigt. Diese werden in einem Menü angeordnet, nachdem dann der Bildschirm auf den Feedbackmodus umschaltet. Zusätzlich bleibt jedoch am linken oder rechten Bildschirmrand das Menü sichtbar und die einzelnen Menüpunkte werden nacheinander systematisch in den Toren zur Auswahl angeboten. Erfolgt die Auswahl, so wird das Feedback wieder unterbrochen, die neue Seite wird geladen und angezeigt. Es wird eine hohe Motivation der Patienten erwartet, da sie damit erstmalig wieder die Möglichkeit der aktiven Gestaltung ihres Erlebnisbereichs besitzen.

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