Experiment:

Pozadí

Inspirováno prototypem, který sestrojil José Enrique López Pérez, student elektroniky v mexické Oaxace.

Ačkoli je poměrně dobře známo, že vaše srdce a mozek generují elektrické potenciály, možná nevíte, že potenciál má i celé vaše oko! Nemění se rychle v podobě „impulsů“ jako vaše srdce a mozek, ale má rozdíl napětí, který můžeme změřit. Konkrétně přední část oka, kde se nachází rohovka, je pozitivnější než zadní část oka (kde je sítnice).

S tímto rozdílem potenciálů je oko elektrickým dipólem. A když se dipóly pohybují, způsobují změny elektrického pole, které lze pozorovat. Pohybem očí zleva doprava nebo nahoru a dolů vzniká elektrická výchylka, kterou můžeme měřit jako elektrookulografický signál (EOG). Umístěním elektrod naší čelenky BYB tak, aby každá elektroda ležela na obou stranách oka, můžeme detekovat pohyb vlevo a vpravo. Umístěním jedné elektrody nad okem a druhé elektrody pod okem můžeme detekovat pohyby nahoru a dolů spolu s mrkáním.Mrkání? Co je to za mrknutí! Ano, můžeme detekovat i mrkání! Domníváme se však, že je to způsobeno elektromyografickým signálem očních svalů, a ne pohybem oka. Díky tomu však můžete vytvořit zajímavá rozhraní, jako jsou detektory mrknutí.

Nyní pojďme signál pozorovat a měřit!

Ke stažení

Než začnete, ujistěte se, že máte v počítači nebo mobilním zařízení nainstalovaný program Backyard Brains Spike Recorder. Program Backyard Brains Spike Recorder vám umožní vizualizovat a ukládat data v počítači/tabletu/telefonu při provádění experimentů.

Postup

V tomto experimentu „Oční potenciál“ budeme měřit změnu potenciálu oční bulvy při pohybu očí.

1. Začneme s pohyby oka vlevo vs. vpravo. Vezměte si čelenku BYB a umístěte ji tak, aby elektrody byly umístěny na obou stranách a na oku.
2. Pod kovové náplasti v čelence přidejte kuličky elektrodového gelu.
3. Nyní přidejte elektrodovou náplast na kostěný výběžek za uchem (mastoidní výběžek).
4. Poznámka: Alternativním nastavením elektrod je umístění obou elektrodových náplastí na obě strany spánků, na vnější stranu očí.
5. Nyní je čas připojit elektrody! červené aligátorové svorky umístěte na elektrody kolem oka a černou aligátorovou svorku na zem za uchem. Na tom, která červená je na kterém místě kolem oka, pro úvodní experimenty nezáleží.
6. Zapojte vodiče kabelu elektrod do SpikerBoxu, jedná se o oranžový konektor.
7. Nastavte SpikerBox a program Spike Recorder. Opět platí, že vzhledem k tomu, že nastavení filtru tohoto zesilovače se nachází přímo ve sladkém bodě domácích elektrických systémů, budete muset být při tomto experimentu velmi ostražití vůči šumu. Mějte notebook a SpikerBox daleko od elektrických zásuvek, mimo dosah zářivek atd. Notebook musí být také napájen pouze z baterie.
8. Tento experiment je jednodušší s kamarádem, který vás nechá pozorovat. Při signálu pohněte očima doleva. Měli byste vidět výchylku v jednom směru následovanou rychlou výchylkou v jiném směru. Pokud pohnete očima doprava, signál změní polaritu.
9. Nyní se pokusíme zaznamenat pohyby nahoru a dolů oproti mrkání. S čelenkou mějte jednu elektrodu nad okem a pod oko umístěte nalepovací elektrodu. Umístěte červené aligátorové svorky na elektrody nad a pod okem a černou zemnící svorku na zem za uchem.
10. Nyní mrkání vs. pohyb očí nahoru a dolů. Co pozorujete?
11. Chcete-li zaznamenat údaje, můžete stisknout červené tlačítko záznamu na softwaru Spike Recorder.
12. A máte hotovo! Neuniklo nám, že byste možná mohli vytvořit rozhraní s tímto signálem. Zkuste to!“

Diskuse / další práce

1. Mohli byste toto rozhraní použít k ovládání videohry? Kde by s tím byl hlavní problém?“
2. Náš software SpikeRecorder je navržen tak, aby se snadno používal, ale pokud chcete rozhraní hacknout, můžete upravit náš starší sketch pro zpracování, který také ukládá a zobrazuje data. Stáhněte si ji zde. K tomu musíte použít jiný Arduino Sketch, který najdete na tomto odkazu.

Poznámky

Poděkování patří Italo Ahumadovi Moraskymu, chilskému umělci, který na žádost Josého ilustroval našeho srbského hrdinu.

Nápady na vědecké projekty na veletrhu

• Vypadají potenciály jinak, když máte otevřené nebo zavřené oči? Proč nebo proč ne?
• Experimentujte s umístěním elektrod EOG. Jak to ovlivňuje signál?
• Má na amplitudu potenciálu vliv to, jak daleko pohybujete očima? Jak rychle? Jaké další proměnné by podle vás mohly mít vliv a proč?
• Jak umístění elektrod ovlivňuje generovaný potenciál? Tedy kde vzhledem k pohybu oka a jak daleko od oka. Proč to má tyto účinky? Zamyslete se nad fyzikou, jak se potenciál generuje, a nad tím, jak se elektřina pohybuje v těle.
• Zkuste pohyby, které vyžadují jen oční víčka – zavírání očí (pomalu), mhouření očí, jejich široké otevření. Proč nebo proč jsme u nich neviděli EOG, a pokud ano, jak je to ve srovnání s dříve viděnými?
• Má vliv to, zda někdo potřebuje brýle, nebo ne? Proč nebo proč ne? Pokud ano, jaký je to vliv?

.