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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Gehirnströme hörbar machen


Autor: Olli (Gast)
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Hallo,

so weit ich weiß, kann man Gehirnströme relativ leicht über zwei 
Elektroden am Kopf und einen hochohmigen Differenzverstärker 
(Operationsverstärker) gewinnen.

Da die Frequenz der aufgezeichneten Signale relativ niedrig ist (ca. 
15Hz je nachdem ...), würde es wohl wenig Sinn machen, sie verstärkt 
direkt auf einen Lautsprecher zu geben.
Man müsste wohl erst noch die Frequenz vervielfachen.
Hat jemand eine Idee, wie man das machen könnten (ev. mit µC?!)?

Die Frequenzumwandlung soll auf jeden Fall in Echtzeit passieren.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Ich mach meine Gehirnströme hörbar, indem ich meinen Mund aufmache und 
rede...  ;-)

Für deine Frequenzvervielfachung solltest du erst mal deutlich mehr 
Informationen ausspucken, bisher wissen wir nur was von einer Frequenz, 
die
> relativ niedrig ist (ca. 15Hz je nachdem ...)
Das wäre mir für eine verlässliche Aussage zu wenig.

Was ist deine Eingangsbandbreite?
Was willst du als Ausgangsbandbreite?
Welche Kurvenform hat diese Frequenz?
Welche Auflösung brauchst du?
Sollen Pegeländerungen zu Lautstärkeänderungen werden?

> Die Frequenzumwandlung soll auf jeden Fall in Echtzeit passieren.
Das kann jeder Mikrocontroller.

Autor: Der Trog (Gast)
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Man kann zB den Spannungswert in eine Frequenz umsetzten, das nennt sich 
dann FM. Solche Experimente an sich selbst durchgefuehrt koennen 
uebrigens zu Epilepsie fuehren. Das Gehirn kann den Ton relativ schnell 
als von sich selbst kommend identifizieren und sich moeglicherweise 
selbst beschleunigen bis du vom Stuhl fallst.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Dazu gab es mal vor vielen hundert Jahren eine Elektorschaltung (Mai 77 
S. 36-42). Drei Elektroden an Vorderkopf, Hinterkopf und Ohrläppchen. 
Die Elektroden aus versilbertem Material werden elektrolytisch in einer 
Kochsalzlösung "chloriert". "Störende Kopfhaare müssen entfernt werden".

Und das ganze war natürlich mit Optokopplern isoliert, der Verstärker 
aus Batterien gespeist.

Autor: Gregor Rudorfer (gregor_rudorfer)
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Der Trog schrieb:
> Solche Experimente an sich selbst durchgefuehrt koennen
> uebrigens zu Epilepsie fuehren. Das Gehirn kann den Ton relativ schnell
> als von sich selbst kommend identifizieren und sich moeglicherweise
> selbst beschleunigen bis du vom Stuhl fallst.

Ist das wirklich möglich?

Übrigens Wikipedia offenbart einige wichtige Infos über die Messung und 
die Art der Gehirnströme. Dort sollte man vll. als erstes suchen. :)

http://de.wikipedia.org/wiki/Elektroenzephalografie

Mfg Gregor

Autor: Ein Plapperer (Gast)
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Zumindest wenn man ein Stroboskop mit den Gehirnstroemen triggert kann 
man einen Anfall ausloesen.

Autor: Tine Schwerzel (tine)
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Alpha Wellen kannst Du vielleicht messen, alles andere: vergiss es. Such 
mal nach OpenEEG, das beantwortet eigentlich alle Deine Fragen.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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( OpenEEG: http://openeeg.sourceforge.net/doc/index.html )

Laut Elektor haben wir also Frequenzen zwischen 7,5 und 13,5 Hz. Zur 
Vervielfachung müßten die Frequenzen irgendwo bei 500...1000 Hz liegen 
sonst wird es zu brummelnd oder zu piepsig.
Eine PLL z.B. der CD4046 / 74HC4064 und ein passender Frequenzteiler z.B 
/64 zwischen VCO und Phasenvergleicher würde schon mal einen 
kontinuierlichen Ton abgeben.
Jetzt müssen wir nur noch die Amplitude des Hirnstromsignals wieder 
dazufügen. Also zuerst ein Hüllkurvendetektor und dann irgendein 
Amplitudenmodulator. Ein Zweiquadrantenmultiplizierer oder ein VCA oder 
Digitalpoti / multiplizierender DAC bei digital vorliegender 
Amplitudeninformation würden reichen.

Zum Googlen vielleicht noch das Stichwort "Verfahren der 
Hüllkurven-Elimination und -Restauration (Envelope Elimination and 
Restoration)", das benutzt man gelegentlich zur Erzeugung von 
Einseitenbandsignalen und geht etwa so wie hier beschrieben. Fundstellen 
z.B.:
http://openhpsdr.org/wiki/images/9/91/400W_PA.pdf
http://www.amsat-dl.org/journal/inhalte/phase3.pdf

Autor: Olli (Gast)
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Hallo,
Danke für die Antworten und den Elektorbeitrag!


Christoph Kessler (db1uq) schrieb:
> Eine PLL z.B. der CD4046 / 74HC4064 und ein passender Frequenzteiler z.B
> /64 zwischen VCO und Phasenvergleicher würde schon mal einen
> kontinuierlichen Ton abgeben.
> Jetzt müssen wir nur noch die Amplitude des Hirnstromsignals wieder
> dazufügen.
Super Idee!!! Hat ja ein bißchen was vom Superhet-Empfänger...

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Mit µC könnte man die Nulldurchgänge messen und mit dem Timer eine 
Schwingung der z.B. 64-fachen Frequenz erzeugen, das wäre ein Ersatz für 
die PLL.
Ein weiterer Timer macht PWM für die Amplitudenmodulation, die beiden 
Rechteckschwingungen werden irgendwie verUNDet, nach Tiefpassfilterung 
ergibt das den AM-modulierte Niederfrequenzton.

Bleibt noch die Hüllkurvenmessung. Ich habe hier schon mal das Verfahren 
empfohlen, die Eingangsfrequenz (ca. 10 Hz mittlerer Wert) vierfach 
abzutasten, also Samplingfrequnez ca 40 Hz. Dann Betrag bilden, also das 
Vorzeichenbit passend umrechnen. Mit je zwei aufeinanderfolgenden 
Samples wird der "Pythagoras" gerechnet, also Wurzel aus (x^2 + y^2). 
Dazu gibt es die einfache Näherung "der größere Zahlenwert plus 
0,4142*der kleinere" (das ist Wurzel(2)-1).
Die so berechnete Amplitude wird dann auf den PWM-Timer gegeben.

Autor: Olli (Gast)
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Christoph Kessler (db1uq) schrieb:
> Bleibt noch die Hüllkurvenmessung. Ich habe hier schon mal das Verfahren
> empfohlen, die Eingangsfrequenz (ca. 10 Hz mittlerer Wert) vierfach
> abzutasten, also Samplingfrequnez ca 40 Hz. Dann Betrag bilden, also das
> Vorzeichenbit passend umrechnen. Mit je zwei aufeinanderfolgenden
> Samples wird der "Pythagoras" gerechnet, also Wurzel aus (x^2 + y^2).
> Dazu gibt es die einfache Näherung "der größere Zahlenwert plus
> 0,4142*der kleinere" (das ist Wurzel(2)-1).
> Die so berechnete Amplitude wird dann auf den PWM-Timer gegeben.
Respekt!

Meine Idee geht im Moment erst mal dahin, mittels Komparator und AVR die 
Nulldurchgänge pro Zeit zu zählen und als Zahlen auf dem LCD-Display 
erscheinen zu lassen, um schon mal zu schauen, ob das Messen überhaupt 
funktioniert...

Autor: Peter Roth (gelb)
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Olli schrieb:

> Meine Idee geht im Moment erst mal dahin, mittels Komparator und AVR die
> Nulldurchgänge pro Zeit zu zählen und als Zahlen auf dem LCD-Display

Die Gehirnströme sind doch ein Frequenzgemisch, dem nur mit einer 
Fourier-Analyse beizukommen ist.

Die diskreten Frequenzen können dann multipliziert (transponiert?) und 
gewichtet wieder zusammengemischt und hörbar gemacht werden. Man hätte 
dann auch gleich ein Messgerät (Spectrum Analyzer)

Audio-FFT-s finden sich zuhauf im Netz.

Grüße, Peter

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Das ist natürlich die Luxus-Version. Eine Fourier-Analyse bei 10 Hz und 
eine Synthese um 1 kHz in Echtzeit, da hat der Controller schon was zu 
tun.
Ich war mehr auf die Elektorschaltung fixiert, da wird ja nur eine 
Summen-Hüllkurve benutzt.
Wenn es tatsächlich eine Überlagerung mehrerer Sinusschwingungen ist - 
Harmonische sind in dem schmalen Bandpass nicht möglich - dann dürfte 
eine PLL außer Tritt kommen. Die digitale Version mit 
Nulldurchgangszählung sollte aber auch die Schwebung zwischen den 
Teilschwingungen irgendwie mitbekommen und umsetzen.
Nehmen wir mal als Modell eine Überlagerung zweier Schwingungen gleicher 
Amplitude von 8 Hz und 12 Hz, das würde durch den Bandpass passen. Nach 
zwei bzw. drei Perioden ist wieder derselbe Zustand erreicht. Was würde 
der Nulldurchgangsdetektor daraus machen?

Autor: Peter Roth (gelb)
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@ Christoph Kessler (db1uq)

> Wenn es tatsächlich eine Überlagerung mehrerer Sinusschwingungen ist -
> Harmonische sind in dem schmalen Bandpass nicht möglich - dann dürfte
> eine PLL außer Tritt kommen.

In http://de.wikipedia.org/wiki/Gehirnstrom werden so viele Wellensorten 
aufgezählt, die können unmöglich nur einzeln auftreten.

> Nehmen wir mal als Modell eine Überlagerung zweier Schwingungen gleicher
> Amplitude von 8 Hz und 12 Hz, das würde durch den Bandpass passen. Nach
> zwei bzw. drei Perioden ist wieder derselbe Zustand erreicht. Was würde
> der Nulldurchgangsdetektor daraus machen?

Siehe Bild, X-Achse in ms. Und mit Phasenverschiebungen natürlich ganz 
anders.

Aber für einen groben Überblick (als Bio-Feedback) genügen 3..4 
Bandpass-Filter für die wichtigsten Wellen.

Grüße, Peter

Autor: Gebhard Raich (geb)
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Ja, die Gehirnströme sind eigentlich ein Rauschsignal (auch wenn man 
nüchtern ist). Im entspanntem Zustand treten dann best. Frequenzen 
stärker hervor (z. B. 10Hz alpha Welle).Eine Frequenzverschiebung läßt 
sich nur unter grösserem Aufwand (DSP) im Frequenzbereich durchführen.

Grüße

Autor: Tine Schwerzel (tine)
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Leute bitte, jetzt erfindet doch nicht das Rad neu. Die Methoden für EEG 
Messungen sind seit 60 Jahren bekannt und ausführlich publiziert.

Autor: Eddy Current (chrisi)
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Papapalapapp.

So ein Gerätchen bauen hätte schon seinen Reiz. Ich würde die Daten über 
die Audiokarte in den PC einspeisen und dort weiterverarbeiten. Eine 
geeignete galvanische Trennung sollte das geringste Problem sein.

Wenn die Daten dann in die passenden psychedelischen Muster aufbereitet 
werden, steht einem gelungenem Trip nichts mehr im Weg. Guten Flug!

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