Earables: Wearable Computing on the Ears

Kopfhörer haben sich bei Verbrauchern durchgesetzt, da sie private Audiokanäle anbieten, zum Beispiel zum Hören von Musik, zum Anschauen der neuesten Filme während dem Pendeln oder zum freihändigen Telefonieren. Dank diesem eindeutigen primären Einsatzzweck haben sich Kopfhörer im Vergleich zu anderen Wearables, wie zum Beispiel Smartglasses, bereits stärker durchgesetzt. In den letzten Jahren hat sich eine neue Klasse von Wearables herausgebildet, die als "Earables" bezeichnet werden. Diese Geräte sind so konzipiert, dass sie in oder um die Ohren getragen werden können. Sie enthalten verschiedene Sensoren, um die Funktionalität von Kopfhörern zu erweitern. Die räumliche Nähe von Earables zu wichtigen anatomischen Strukturen des menschlichen Körpers bietet eine ausgezeichnete Plattform für die Erfassung einer Vielzahl von Eigenschaften, Prozessen und Aktivitäten. Auch wenn im Bereich der Earables-Forschung bereits einige Fortschritte erzielt wurden, wird deren Potenzial aktuell nicht vollständig abgeschöpft. Ziel dieser Dissertation ist es daher, neue Einblicke in die Möglichkeiten von Earables zu geben, indem fortschrittliche Sensorikansätze erforscht werden, welche die Erkennung von bisher unzugänglichen Phänomenen ermöglichen. Durch die Einführung von neuartiger Hardware und Algorithmik zielt diese Dissertation darauf ab, die Grenzen des Erreichbaren im Bereich Earables zu verschieben und diese letztlich als vielseitige Sensorplattform zur Erweiterung menschlicher Fähigkeiten zu etablieren. Um eine fundierte Grundlage für die Dissertation zu schaffen, synthetisiert die vorliegende Arbeit den Stand der Technik im Bereich der ohr-basierten Sensorik und stellt eine einzigartig umfassende Taxonomie auf der Basis von 271 relevanten Publikationen vor. Durch die Verbindung von Low-Level-Sensor-Prinzipien mit Higher-Level-Phänomenen werden in der Dissertation anschließ-end Arbeiten aus verschiedenen Bereichen zusammengefasst, darunter (i) physiologische Überwachung und Gesundheit, (ii) Bewegung und Aktivität, (iii) Interaktion und (iv) Authentifizierung und Identifizierung. Diese Dissertation baut auf der bestehenden Forschung im Bereich der physiologischen Überwachung und Gesundheit mit Hilfe von Earables auf und stellt fortschrittliche Algorithmen, statistische Auswertungen und empirische Studien vor, um die Machbarkeit der Messung der Atemfrequenz und der Erkennung von Episoden erhöhter Hustenfrequenz durch den Einsatz von In-Ear-Beschleunigungsmessern und Gyroskopen zu demonstrieren. Diese neuartigen Sensorfunktionen unterstreichen das Potenzial von Earables, einen gesünderen Lebensstil zu fördern und eine proaktive Gesundheitsversorgung zu ermöglichen. Darüber hinaus wird in dieser Dissertation ein innovativer Eye-Tracking-Ansatz namens "earEOG" vorgestellt, welcher Aktivitätserkennung erleichtern soll. Durch die systematische Auswertung von Elektrodenpotentialen, die um die Ohren herum mittels eines modifizierten Kopfhörers gemessen werden, eröffnet diese Dissertation einen neuen Weg zur Messung der Blickrichtung. Dabei ist das Verfahren weniger aufdringlich und komfortabler als bisherige Ansätze. Darüber hinaus wird ein Regressionsmodell eingeführt, um absolute Änderungen des Blickwinkels auf der Grundlage von earEOG vorherzusagen. Diese Entwicklung eröffnet neue Möglichkeiten für Forschung, welche sich nahtlos in das tägliche Leben integrieren lässt und tiefere Einblicke in das menschliche Verhalten ermöglicht. Weiterhin zeigt diese Arbeit, wie sich die einzigarte Bauform von Earables mit Sensorik kombinieren lässt, um neuartige Phänomene zu erkennen. Um die Interaktionsmöglichkeiten von Earables zu verbessern, wird in dieser Dissertation eine diskrete Eingabetechnik namens "EarRumble" vorgestellt, die auf der freiwilligen Kontrolle des Tensor Tympani Muskels im Mittelohr beruht. Die Dissertation bietet Einblicke in die Verbreitung, die Benutzerfreundlichkeit und den Komfort von EarRumble, zusammen mit praktischen Anwendungen in zwei realen Szenarien. Der EarRumble-Ansatz erweitert das Ohr von einem rein rezeptiven Organ zu einem Organ, das nicht nur Signale empfangen, sondern auch Ausgangssignale erzeugen kann. Im Wesentlichen wird das Ohr als zusätzliches interaktives Medium eingesetzt, welches eine freihändige und augenfreie Kommunikation zwischen Mensch und Maschine ermöglicht. EarRumble stellt eine Interaktionstechnik vor, die von den Nutzern als "magisch und fast telepathisch" beschrieben wird, und zeigt ein erhebliches ungenutztes Potenzial im Bereich der Earables auf. Aufbauend auf den vorhergehenden Ergebnissen der verschiedenen Anwendungsbereiche und Forschungserkenntnisse mündet die Dissertation in einer offenen Hard- und Software-Plattform für Earables namens "OpenEarable". OpenEarable umfasst eine Reihe fortschrittlicher Sensorfunktionen, die für verschiedene ohrbasierte Forschungsanwendungen geeignet sind, und ist gleichzeitig einfach herzustellen. Hierdurch werden die Einstiegshürden in die ohrbasierte Sensorforschung gesenkt und OpenEarable trägt somit dazu bei, das gesamte Potenzial von Earables auszuschöpfen. Darüber hinaus trägt die Dissertation grundlegenden Designrichtlinien und Referenzarchitekturen für Earables bei. Durch diese Forschung schließt die Dissertation die Lücke zwischen der Grundlagenforschung zu ohrbasierten Sensoren und deren praktischem Einsatz in realen Szenarien. Zusammenfassend liefert die Dissertation neue Nutzungsszenarien, Algorithmen, Hardware-Prototypen, statistische Auswertungen, empirische Studien und Designrichtlinien, um das Feld des Earable Computing voranzutreiben. Darüber hinaus erweitert diese Dissertation den traditionellen Anwendungsbereich von Kopfhörern, indem sie die auf Audio fokussierten Geräte zu einer Plattform erweitert, welche eine Vielzahl fortschrittlicher Sensorfähigkeiten bietet, um Eigenschaften, Prozesse und Aktivitäten zu erfassen. Diese Neuausrichtung ermöglicht es Earables sich als bedeutende Wearable Kategorie zu etablieren, und die Vision von Earables als eine vielseitige Sensorenplattform zur Erweiterung der menschlichen Fähigkeiten wird somit zunehmend realer

Acceleration

Human responses to linear sustained and rotary acceleration, zero and reduced gravity environments, and impact in manned space fligh

Tinnitus – psychiatric comorbidity and treatment using transcranial magnetic stimulation (TMS)

Tinnitus is the perception of sound in the absence of any external noise. It severely impairs the quality of life in 1-2% of people. Tinnitus is frequently associated with depression, anxiety, and insomnia. The exact pathophysiology of tinnitus is still unclear. No curative therapy exists for chronic tinnitus, and treatment focuses on symptomatic relief. Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is a non-invasive neuromodulation technique that is used for treating depression and neuropathic pain. The evidence of its efficacy for chronic tinnitus is still inconclusive, and the optimal treatment protocols are thus still obscure. This thesis aimed to further evaluate the use of rTMS for chronic tinnitus and investigate the psychiatric comorbidity of tinnitus patients. The first (open pilot) study utilized electric field (E-field) navigated rTMS for very severe chronic tinnitus with promising results. In the second (randomized placebo-controlled) study, the effects of 1-Hz E-field rTMS targeted according to the tinnitus pitch to the left auditory cortex were analyzed. Despite the significant improvements in tinnitus, active rTMS was not superior to the placebo, possibly due to large placebo-effect and wide inter-individual variation in treatment efficacy. The third study on parallel groups compared the effects of neuronavigated rTMS to nonnavigated rTMS (based on the 10-20 EEG localization system). Both groups benefitted from the treatment, but the method of coil localization was not a critical factor for treatment outcome. In the fourth study, current and lifetime DSM-IV diagnoses of Axis I (psychiatric disorders) and Axis II (personality disorders) were assessed in tinnitus patients using structured clinical interviews (SCID-I and -II). Tinnitus patients were prone to episodes of major depression, and they often had obsessive-compulsive personality features. Psychiatric disorders in this study seemed to be comorbid or predisposing conditions rather than the consequences of tinnitus.Tinnitus – psykiatrinen sairastavuus ja hoito transkraniaalisella magneettistimulaatiolla (TMS) Tinnituksen ääniaistimus syntyy ilman ulkoista äänilähdettä. Se heikentää vakavasti elämänlaatua 1-2%:lla ihmisistä. Tinnitus yhdistetään usein masennukseen, ahdistukseen ja unettomuuteen. Tinnituksen tarkka syntymekanismi on vielä epäselvä. Pitkäaikaiselle tinnitukselle ei ole parantavaa hoitoa, vaan hoidossa keskitytään oireiden lievittämiseen. Transkraniaalinen magneettistimulaatio sarjapulssein (rTMS) on kajoamaton aivojen toimintaa muokkaava menetelmä, jota käytetään masennuksen ja hermoperäisen kivun hoidossa. Sen teho pitkäaikaiseen tinnitukseen on vielä epävarmaa ja optimaaliset hoitoprotokollat ovat selvittämättä. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli arvioida rTMS:n käyttöä pitkäaikaisen tinnituksen hoidossa ja lisäksi tutkia tinnituspotilaiden psykiatrista sairastavuutta. Ensimmäisessä osatyössä (avoin pilotti) käytettiin sähkökenttäohjattua (E-field) navigoivaa rTMS:a pitkäaikaiseen, erittäin vaikeaan tinnitukseen lupaavin tuloksin. Toisessa osatyössä (satunnaistettu lumekontrolloitu) arvioitiin tinnitusäänen korkeuden mukaan vasemmalle kuuloaivokuorelle suunnatun 1- Hz:n sähkökentän mukaan navigoidun rTMS:n vaikutuksia. Vaikka tinnitus helpottui merkittävästi, ei aktiivi-rTMS ollut lumehoitoa parempi, mahdollisesti johtuen suuresta lumevaikutuksesta ja laajasta yksilöiden välisestä vaihtelusta hoidon tehossa. Kolmannessa osatyössä verrattiin rinnakkaisryhmien välillä neuronavigoidun rTMS:n ja sokko rTMS:n (10-20 EEG-systeemiin perustuva paikannus) vaikutuksia. Molemmat ryhmät hyötyivät hoidosta, eikä kelan paikannusmenetelmä ollut ratkaiseva tekijä hoidon lopputuloksen kannalta. Neljännessä osatyössä nykyiset ja elämänaikaiset akselin I (psykiatriset häiriöt) ja akselin II (persoonallisuushäiriöt) DSM-IV diagnoosit määritettiin tinnituspotilailta käyttäen strukturoituja psykiatrisia haastatteluja (SCID-I ja -II). Tinnituspotilaat olivat alttiita vakaville masennusjaksoille ja heillä oli usein vaativan persoonallisuuden piirteitä. Psykiatriset häiriöt vaikuttivat olevan ennemmin samanaikaisia tai altistavia tiloja kuin tinnituksen seurauksena ilmaantuneita häiriöitä

Pain Management

Pain Management - Current Issues and Opinions is written by international experts who cover a number of topics about current pain management problems, and gives the reader a glimpse into the future of pain treatment. Several chapters report original research, while others summarize clinical information with specific treatment options. The international mix of authors reflects the "casting of a broad net" to recruit authors on the cutting edge of their area of interest. Pain Management - Current Issues and Opinions is a must read for the up-to-date pain clinician

Maritime expressions:a corpus based exploration of maritime metaphors

This study uses a purpose-built corpus to explore the linguistic legacy of Britain’s maritime history found in the form of hundreds of specialised ‘Maritime Expressions’ (MEs), such as TAKEN ABACK, ANCHOR and ALOOF, that permeate modern English. Selecting just those expressions commencing with ’A’, it analyses 61 MEs in detail and describes the processes by which these technical expressions, from a highly specialised occupational discourse community, have made their way into modern English. The Maritime Text Corpus (MTC) comprises 8.8 million words, encompassing a range of text types and registers, selected to provide a cross-section of ‘maritime’ writing. It is analysed using WordSmith analytical software (Scott, 2010), with the 100 million-word British National Corpus (BNC) as a reference corpus. Using the MTC, a list of keywords of specific salience within the maritime discourse has been compiled and, using frequency data, concordances and collocations, these MEs are described in detail and their use and form in the MTC and the BNC is compared. The study examines the transformation from ME to figurative use in the general discourse, in terms of form and metaphoricity. MEs are classified according to their metaphorical strength and their transference from maritime usage into new registers and domains such as those of business, politics, sports and reportage etc. A revised model of metaphoricity is developed and a new category of figurative expression, the ‘resonator’, is proposed. Additionally, developing the work of Lakov and Johnson, Kovesces and others on Conceptual Metaphor Theory (CMT), a number of Maritime Conceptual Metaphors are identified and their cultural significance is discussed