Development, set-up and first results for a one-channel near-infrared spectroscopy system / Entwicklung, Aufbau und vorläufige Ergebnisse eines Einkanal- Nahinfrarot-Spektroskopie-Systems

Near-infrared spectroscopy (NIRS) is a non-invasive optical technique that can be used to assess functional activity in the human brain. This work describes the set-up of a one-channel NIRS system designed for use as an optical brain-computer interface (BCI) and reports on first measurements of deoxyhemoglobin (Hb) and oxyhemoglobin (HbO 2 ) changes during mental arithmetic tasks. We found relatively stable and reproducible hemodynamic responses in a group of 13 healthy subjects. Unexpected observations of a decrease in HbO 2 and increase in Hb concentrations measured over the prefrontal cortex were in contrast to the typical hemodynamic responses (increase in HbO 2 , decrease in Hb) during cortical activation previously reported. Zusammenfassung Die Nahinfrarot-Spektroskopie (NIRS) ist eine nichtinvasive optische Technik, welche die Erfassung funktioneller Aktivitäten im menschlichen Gehirn ermöglicht. Diese Arbeit beschreibt den Aufbau eines Einkanal-NIRS-Systems, konzipiert für eine zukünftige Verwendung als optisches Brain-Computer-Interface. Weiters werden erste Ergebnisse der Konzentrationsänderungen von Oxyhämoglobin (HbO 2 ) und Deoxyhämoglobin (Hb) während mentaler arithmetischer Aufgaben, gemessen an einer Gruppe von 13 gesunden Probanden, vorgestellt. Die Messposition wurde dabei über dem präfrontalen Kortex gewählt. Bei diesen Messungen wurden relativ stabil reproduzierbare hämodynamische Konzentrationsänderungen gefunden. Unerwartet war dabei die Messung einer Erhöhung der Hb- und einer Erniedrigung der HbO 2 -Konzentration bei Aktivierung, welche einem der Literatur gegenläufigen Verlauf entspricht.