First Acoustic Camera
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Software Bio-Interface (PSI-Tools)

Das Programm wurde u.a. mit der Zielstellung entwickelt, ein Werkzeug zur Verfügung zu stellen, um Interferenzintegrale aus verschiedenen Quellen zu berechnen. Dazu gehören Projektionen und Rekonstruktionen, aber auch räumliche Kartierungen, Interferenzmuster und verschiedene, andere Effekte in pulspropagierenden Netzwerken, die im Buch Neuronale Interferenzen erstmals theoretisch behandelt wurden, simulativ verifizieren zu können. Daneben besaß es eine Schnittstelle zu einem Mehrkanal-Datenrecorder (8 Kanäle, später 16 Kanäle). Mit diesem wurden auch elektrische (EEG/EMG) und akustische Aufnahmen möglich. Ein Help-File von 1996 ist noch vorhanden: (HLP).

CD-cover 6/1996

Das Programm erwies sich als nützlich, um eine Vielzahl komplexer Fragestellungen, deren Beantwortung 'im Kopf' nicht zweifelsfrei möglich war, per Simulation zu testen. So erlebten wir eine der größten Überraschungen, als unscharfe Bilder in der Integrationsschleife der I.- Rekonstruktion mit Breakpoints zerlegt wurden: Das Wellenfeld der Rekonstruktion, welches sich einer verstandesmäßigen Interpretation aufgrund verschiedenster Widersprüche entzog, erschien in vollster Schönheit: mit rückwärts (einwärts) laufenden Wellen, deren Front ebenfalls einwärts gerichtet war. (Soviel Phantasie besaß auch der Autor nicht, um sich dieses Wellenfeld vorstellen zu können.)

Bio-Interface bzw. PSI-Tools wurde fünf Jahre lang genutzt (von 1994 bis 1999). Damit gelangen viele Erst-Verifikationen akustischer Art. Eine auf Simulationsexperimente gerichtete Bedienoberfläche sowie wachsende Probleme mit Borland-C unter Microsoft-Windows95, wie auch das Ausscheiden unserer 'Biene' (Sabine Höfs, 1997) ließen die Entwicklung stagnieren. Mit Erscheinen der ersten USB-Kamera (Logitech-Quickcam, VGA) wurde 1998 mit einer auf Akustik reduzierten Software (NoiseImage) begonnen, die schon ab 1999 PSI-Tools ablöste.

floppy disc 5 1/4"

Leider entfiel mit NoiseImage die Funktionen der Zeitinversion der Kanaldaten (Zeitfunktionen) und der Kanaldatensynthese. Um Interferenzprojektionen zu berechnen, braucht man weiterhin PSI-Tools. Eine weitere Ursache des Neuanfangs war das Kanaldatenformat von PSI-Tools. Hier wurden alle Kanäle hintereinander im File gespeichert, das wird bei File-Streaming ineffizient. Auch kamen 1998 erste USB-Kameras auf den Markt, die in PSI-Tools mit seiner inzwischen veralteten Softwareumgebung nicht mehr integrierbar waren.

Auch wenn es heute nicht mehr möglich ist, mit PSI-Tools Daten aufzunehmen, so kann man damit noch immer simulieren. Ausgehend von einer Bitmap mit schwarzen Pixeln auf weißem Grund kann man mit PSI-Tools 2- bis 16-kanalige Zeitfunktionen (Kanaldaten) erzeugen. Dazu hat man die Quellkoordinaten und die Leitgeschwindigkeit im Generatorfeld vorzugeben.

Für das Detektorfeld sind ebenfalls Leitgeschwindigkeit und Koordinaten vorzugeben. Dann kann man das Interferenzintegral berechnen. Dabei entsteht standardmäßig eine (seitenrichtige) Interferenz-Rekonstruktion. Pulse (Zeitfunktionen) können in ihrer Form vorgegeben werden. Neben dem in der Akustik üblichen Effektivwert sind andere Algorithmen einstellbar, siehe Help-File unter "Detection Method".

PSI-Tools kann die Kanäle zeitlich invertieren, um die zugehörige (spiegelverkehrte) Interferenz-Projektion zu berechnen.

Erstmalig konnte der Zusammenhang zwischen Zeitrichtung, Wellenfeld und Interferenzintegral sichtbar gemacht werden. PSI-Tools eröffnete damit einen Zugang zu einer neuen Physik der Interferenzintegrale, zu einer Wellenphysik, die nicht mehr von hypothetischer Natur ist, sondern die damit anschaulich gemacht werden kann. Mehr dazu findet man im Abschnitt "Bildspiegelung durch Zeitumkehr" (Kap.16).

Das Bild zeigt oben eine seitenrichtige Rekonstruktion vom Typ f(t+τ) und unten eine spiegelverkehrte Projektion vom Typ f(t-τ) aus denselben vier Zeitfunktionen, die vor Rechnungsbeginn zeitlich invertiert wurden.

Wie ist das Bild noch zu verstehen? Angenommen, von einem roten Pixel im oberen Bild laufen Wellen mit endlicher Geschwindigkeit bis in das untere Feld, dann entsteht unten am Ort ihres Zusammentreffens ein erhöhter Interferenzwert. Die Farbe wandert in Richtung rot. Wir bekommen damit eine allererste Vorstellung von bildgebender Kommunikation im Nervensystem.

Zum Algorithmus der Rekonstruktion siehe auch die DAGA-Veröffentlichung von 2007 als (PDF). Interessant dabei: Bis zum Zeitpunkt dieser Veröffentlichung war mir kein Beamforming-Buch bekannt, in welchem nicht die falsche Formel für Rekonstruktion vom Typ f(t-τ) vom Vorgänger abgeschrieben war. Nur beim Transrapid (1993) und in DLR-Papers (1997) tauchte die richtige Formel auf. Man möge mir nachsehen, daß ich deshalb den Begriff des "Beamforming" bis heute (2022) nicht mag: Es geht um viel mehr. Und all diese fehlerhaften Bücher werden sicher noch immer in der studentischen Ausbildung genutzt.


Download PSI-Tools

PSI-Tools lief auf IBM-PCs (AT) unter Windows 3.11, Windows'95, Windows'98 und WindowsMe (alle DOS-basierenden). Mit WindowsXP war 2022 noch ein Betrieb möglich.

Im ZIP-File sind acht Demonstrations-Übungen enthalten (Demo 0 bis 7), die die Möglichkeit bieten, PSI-Tools zu testen. Demos 0 bis 4 sind im Help-File beschrieben. Es gibt Besonderheiten: Filenamen dürfen nicht länger als acht Zeichen sein, nur Großbuchstaben (zum Abspeichern der Ergebnisse) sind erlaubt. PSI-Tools rechnet recht langsam, der Algorithmus war noch nicht auf Geschwindigkeit getrimmt. Die Demos 0 bis 5 enthalten eine Generator-Bitmap, aus der die Kanaldaten erzeugt werden können. Im Jahre 2020 konnten unter WindowsXP noch alle Demo-Übungen gerechnet werden. Allerdings darf der Pfadname nicht zu lang sein, und es funktioniert nicht unter 'Eigene Dateien' - PSI-Tools meldet sich dann mit "Falscher Parameter".


Kurzbeschreibung zu Demo 0 (siehe auch PSI.HLP): In Demo 0 werden aus einem Generatorfeld (Bitmap "G") Kanaldaten gewonnen. Jeder schwarze Pixel des "G" erzeugt einen Dirac-Impuls, der zu verschiedenen Zeiten an den Kanälen 0...15 ankommt.

  • psi.zip auspacken; PSI.EXE doppelklicken
  • Es kommt die Warnung "Board not found" - damit ist die ADC-Karte gemeint - OK drücken.
  • "File/Load INI-file" wählen, unter DEMOS/DEMO0/DEMO0.INI laden
  • "File/Load bitmap as virtual generator" unter DEMOS/DEMO0/G.BMP laden
  • "Actions/Picture to Channel" wählen, um Zeitfunktionen zu synthetisieren
  • "Actions/Channel to Interference Integral" wählen: Hurra, es rechnet!

    • Unter "Parameter/Detector/Dimensions" vielleicht die Bildauflösung erhöhen und nochmal rechnen. Um die zugehörige (spiegelverkehrte) Projektion zu berechnen, Zeitachse invertieren mit "Parameter/Channel filter/Reverse time" und mit "Actions/Channel to channel" ausführen. Dann nochmal rechnen. Achtung: bei eingestellten 16 Kanälen ist diese hoffnungslos überbestimmt - sie sieht nicht schön aus.

    Um vier Kanäle einzustellen: "Parameter/Generator/Number of Channels" auf 4 setzen, dito unter Detector. Danach die Koordinaten der Kanäle ändern mit "Parameter/Generator/Channel origins", dito für das Detector-Feld. Dann INI-File unter neuem Namen speichern mit "File/Save INI-file". Verbindungsleitungen zwischen Generator- und Detektorfeld werden als verzögerungsfrei angesehen. Um das Ergebnis sphärisch anzusehen "View/Pseudo3d window" anklicken ("3d-view window" ist für Volumenberechnungen gedacht). Man merkt schnell, daß man Pulsbreite (IMPULSFOLGE) und Pulsabstand (REFRAKTAERZEIT) verändern muß: Die Pulse sind zu nadlig - am besten im INI-File ändern. Oder gleich Demo 2 laden (Projektion). Test: "Reverse time" wird 2022 nicht mehr ausgeführt - bitter! Nach dieser Zeitumkehr ist die Abspielrichtung ebenfalls zu invertieren. Es erscheint dann ein Wellenfeld etwa von dieser Form (Link):



    GUI- Impressions

    PSI-Tools surface: Interference integral of an Electrocorticogramme (ECoG)


    Acoustical image of a car crossing a street. Interference integral (interference reconstruction).


    Menues Bio-Interface

    at Dec. 21, 1995 - before renaming "Bio-Interface" to "PSI-Tools".

    File menue


    32 Bit Preamplifier configuration menue (high- and lowpass filters)


    Channel data synthesis menue to syntesize channels from a bitmap as generator space


    Digital filter possibilities with the option "Reverse time" to invert the time direction of all channels for interference projections


    Actions menue. "Picture -> Channel" synthesizes channel date from a bitmap, seen as generator field


    Views menue


    Erreichte Verifikationen

    Die folgende Liste zeigt, daß Bio-Interface (PSI-Tools) zum Schlüssel der Annäherung an Interferenznetzwerke wurde. Damit gelangen viele (Erst-) Nachweise an elementaren Interferenzschaltungen in der Simulation bzw. Messung (Akustik):

    Verschiedene Nachweise sind lediglich im Rahmen von Vorträgen vorgestellt worden. Eine beachtliche Quote zurückgewiesener Aufsätze aufgrund nicht vorhandener Gutachter zum Gegenstand verhindert ein allzurasches Vorankommen. Trotz aller Widrigkeiten entstand mit den Nachweisen ein Stück einer neue Sicht auf biologieorientierte Informatik, wie auf Wellenausbreitung in und außerhalb von Leitbahnsystemen.

    Danksagung

    Insbesondere möchte ich an dieser Stelle denen danken, die aktiv dazu beitrugen, daß dieses neue Wissensgebiet entstehen konnte. Mein besonderer Dank gilt den Team-Mitarbeitern Frau Sabine Höfs und Herrn Carsten Busch für deren Engagement bei der Entwicklung von Soft- und Hardware. Dank auch für die vielfältige Hilfe und stets freundliche Unterstützung an den Geschäftsführer der GFaI, Herrn Dr. Hagen Tiedtke, sowie an den Vorstandsvorsitzenden der GFaI, Herrn Prof. Dr. Alfred Iwainsky.

    Vielen Dank für wertvolle Informationen und Hilfestellungen sowie Diskussionen an Herrn Prof. Dr. med. Peter Bartsch (Charité Berlin, Inst. f. Physiologie) und Herrn Dr. Hartmut Krüger (jetzt Herzberge-Krankenhaus Berlin, Epilepsiezentrum).

    Mein besonderer Dank gilt Herrn Dr. med. Torsten Griepentrog (Landesklinik Teupitz), mit dessen Hilfe am 16.12.1992 das Daumenexperiment (PDF) gelang, daß den Anfang dieser Entwicklung markieren sollte.

    Dank geht auch an Herrn Prof. Dr. Langhorst und an Herrn Dr. Manfred Lambertz (FU Berlin, Inst. für Physiologie) sowie an Herrn Prof. Dr. Vogel (Charité, Neurochirurgie) und Herrn Dr. Woichiechowsky für fachliche Beratungen. Danke auch an Prof. Dr. Raúl Rojas (Martin Luther Universität Halle/Freie Universität Berlin für nützliche Diskussionen, sowie an Peter Puschmann und Gunnar Schoel (Fachhochschule für Technik und Wirtschaft Berlin, FB3) für die gemeinsamen Experimente zum Nachweis neuronaler Elementarfunktionen mit deren PPN-Simulator "NeuroNet".

    Letztlich gilt auch den Diskussionspartnern und moralischen Helfern in der Geburtsstunde theoretischer Grundlagen der "Neuronalen Interferenzen", Andreas Thun (iris GmbH), Prof. Dr. Horst Völz (FU Berlin/TU Berlin), Prof. Dr. Christian Hamann (Technische Fachhochschule Berlin) und Prof. Dr. Achim Sydow (GMD-FIRST Berlin) mein Dank.

    Nicht zuletzt Dank an meine Frau Gudrun, die die Monate überstand, in denen ich das Buch "Neuronale Interferenzen" [NI93] auf eigene Kosten und ohne die Absicht einer Veröffentlichung schrieb.

    Gerd Karl Heinz



    E-mail: info@gheinz.de

    File created jan 12, 1996;
    with remarks from June 2018, Jan. 2022.
    New layout and additional links Jan. 2023

    Access no. since Sept. 10, 1996