BEAMS – Biosignal-Erfassung im Alltag mit Modularer Sensorik
BEAMS – Biosignal-Erfassung im Alltag mit Modularer Sensorik
Wir schlagen ein modulares System zur langfristigen Erfassung (neuro-)physiologischer Daten im Alltag vor. Ziel ist ein robustes, datenschutzkonformes und nutzerfreundliches System, das über mehrere Wochen selbstständig genutzt werden kann bei hoher Datenqualität.
Der Ansatz baut auf vorhandenen Technologien des Fraunhofer IDMT auf, wird aber ergänzt durch externe Sensorikschnittstellen anderer Hersteller. Zentrale Komponente des Ansatzes ist das vom IDMT entwickelte selbst applizierbaren EEG-Elektrodenpatch (trEEGrid) für komfortable Langzeitmessungen der Gehirnaktivität außerhalb des Labors. Die Sensorik ist auf hohe Nutzerakzeptanz, lange Tragedauer und unauffällige Integration in den Alltag ausgelegt. EEG-Messungen hinter dem Ohr und im Gesichtsbereich sind unilateral oder bilateral möglich; das System wurde bereits für mobile Langzeitaufzeichnungen, Schlafmonitoring und Vigilanzerfassung eingesetzt.
1. Systemkonzept und technische Architektur
Das System basiert auf einer modularen Sensorplattform mit gemeinsamem Datenökosystem mit der Kernsensorik: EEG, fNIRS, PPG, IMU und Audio.
Die Daten werden über ein mobiles Aufnahmesystem erfasst und verarbeitet. Aktuell läuft die Architektur auf einem alltagstauglichen Tablet; im Rahmen der Kooperation kann auch eine Smartphone-Lösung exploriert werden, ob sie die Anforderungen erfüllt. Die Software übernimmt Gerätemanagement, LSL-basierte Datensynchronisation, Qualitätssicherung, Datenschutzfunktionen und sichere Datenübertragung.
Da die Kombination von EEG und fNIRS wissenschaftlich besonders relevant ist, ist die Integration eines kommerziell verfügbaren mobilen fNIRS-Systems ein zentraler Entwicklungspfad. Vorgesehen ist daher eine offene, Lab-Streaming-Layer (LSL)-kompatible Architektur, die die zeitlich synchrone Integration geeigneter Systeme ermöglicht. Die EEG-Elektrodenkonstellation kann die fNIRS-Sensor-Platzierung im Stirnbereich bereits berücksichtigen. Eine Skizze des Gesamtsystems mit Charakterisierung der Sensoren wurde als Anhang hinzugefügt.
2. Robustheit im Alltag
Für mehrwöchige Messungen im Alltag sind Robustheit, Tragekomfort und Datenqualität entscheidend. Der EEG-Ansatz mit flexiblen, selbst applizierbaren Elektrodenpatches wurde für Langzeitaufzeichnungen entwickelt und bietet gegenüber Trockenelektroden einen höheren Tragekomfort ohne Druckschmerzen und geringere Artefaktanfälligkeit aufgrund niedrigerer Impedanzen. Mützen oder Helme können weiterhin getragen werden. Für die mechanisch stabile, modulare und ergonomische Integration aller Hardware-Komponenten wird ein geeignetes Befestigungskonzept entwickelt.
3. Usability und Nutzererlebnis
Für Messungen mit großen Kohorten sind hohe Nutzerakzeptanz und einfache Handhabung wichtig. Der Ansatz setzt daher auf selbstständige Anwendung, wenige Komponenten, geringe Alltagseingriffe und eine intuitive Bedienung.
Wesentlich ist die korrekte Platzierung der Sensorik. Vorgesehen ist eine Kombination aus ergonomischem Sensordesign, digitalen Anleitungen und softwaregestützter Plausibilisierung der Signalqualität. Zugleich sollen Nutzende Transparenz und Kontrolle über ihre Daten erhalten, etwa durch verständliche Einwilligungs- und Datenschutzprozesse sowie definierte Löschoptionen.
4. Skalierbarkeit und Produktion
Die Herausforderung eignet sich aus unserer Sicht besonders für eine Innovationspartnerschaft. Der Ansatz baut auf vorhandenen, erprobten Komponenten auf, sodass Pilotphasen zeitnah möglich sind und Erkenntnisse direkt in die Weiterentwicklung einfließen können.
Möglicher Entwicklungsweg:
Integration und Pilotierung des Kernsystems
Erweiterung um zusätzliche Sensorik, insbesondere fNIRS; Wechsel zu Smartphone zur Verkleinerung des Systems
Skalierung auf größere Nutzergruppen
Die modulare Architektur reduziert technische Risiken, da Komponenten unabhängig weiterentwickelt oder ausgetauscht werden können. Für die spätere Skalierung werden Aspekte wie Logistik, Verbrauchsmaterialien, Wiederverwendung, Reinigung, Support und Datenspeicherung berücksichtigt. Ein Entwurf des Projektplans mit Kostenübersicht wurde als Anhang hinzugefügt.
5. Energieversorgung und Betrieb
Für den Alltagseinsatz sind Laufzeit, Zuverlässigkeit und einfache Handhabung entscheidend. Vorgesehen ist ein akkubasierter Betrieb aller mobilen Komponenten. Tägliche Nutzung mit nächtlichem Laden entspricht üblichen Gewohnheiten und reduziert den Aufwand.
Ausblick
Der Lösungsansatz ist als Ausgangspunkt für eine Innovationspartnerschaft gedacht. Sein Mehrwert liegt darin, dass wesentliche Bausteine bereits verfügbar sind und zugleich genügend Flexibilität für die Integration weiterer Sensorik, insbesondere fNIRS, sowie für zukünftige großskalige Studien besteht. Ziel ist die gemeinsame Entwicklung eines neuartigen, alltagstauglichen und wissenschaftlich leistungsfähigen Gesamtsystems zur Langzeiterfassung neurophysiologischer Daten.
