Eksperiment:

Baggrund

Inspireret af en prototype bygget af José Enrique López Pérez, der studerer elektronik i Oaxaca, Mexico.

Mens det er ret velkendt, at dit hjerte og din hjerne genererer elektriske potentialer, ved du måske ikke, at hele dit øje også har et potentiale! Det ændrer sig ikke hurtigt i form af “impulser” ligesom dit hjerte og din hjerne, men det har en spændingsforskel, som vi kan måle. Helt konkret er den forreste del af øjet, hvor hornhinden er placeret, mere positiv end den bageste del af øjet (hvor nethinden er).

Med denne potentialforskel er øjet en elektrisk dipol. Og når dipoler bevæger sig, forårsager de elektriske feltændringer, som kan observeres. Ved at bevæge øjnene fra venstre til højre eller op og ned opstår der en elektrisk afbøjning, som vi kan måle, kaldet et elektrookulografisk signal (EOG). Ved at placere elektroderne i vores BYB-hovedbånd, således at hver elektrode ligger på hver side af øjet, kan vi registrere venstre vs. højre bevægelse. Ved at have en elektrode over øjet og en anden elektrode under øjet kan vi registrere op- og nedadgående bevægelser sammen med blink. Hvad er det for noget med blink? Ja, vi kan også registrere blink! Vi mener dog, at dette skyldes det elektromyografiske signal fra øjenlågsmusklerne og ikke øjets bevægelse. Men, med dette kan man lave interessante grænseflader som blinkdetektorer.

Nu skal vi observere og måle signalet!

Downloads

Hvor du begynder, skal du sikre dig, at du har Backyard Brains Spike Recorder installeret på din computer eller mobilenhed. Backyard Brains Spike Recorder-programmet giver dig mulighed for at visualisere og gemme dataene på din computer/tablet/telefon, når du udfører eksperimenter.

Procedure

I dette eksperiment med “øjenpotentiale” vil vi måle ændringen i øjenpotentialerne, når vi bevæger øjnene.

1. Vi starter med venstre vs. højre øjenbevægelser. Tag dit BYB-hovedbånd og placer det således, at elektroderne er placeret på hver side og øje.
2. Tilføj kugler af elektrodegel under metalpletterne i hovedbåndet.
3. Tilføj nu en elektrodeplet på den knoklede fremspring bag dit øre (mastoid-processen).
4. Bemærk: En alternativ elektrodeopsætning er at sætte begge elektrodeplasterelektroder på hver side af tindingerne, på ydersiden af øjnene..
5. Nu er det tid til at tilslutte dine elektroder! sæt de røde alligatorklemmer på elektroderne omkring øjet og den sorte alligatorklemme på jorden bag øret. Hvilken rød der er på hvilket sted omkring øjet er ligegyldigt for indledende eksperimenter.
6. Tilslut elektrodekabeltrådene til SpikerBoxen, det er det orange stik.
7. Opsæt dit SpikerBox- og Spike Recorder-program. Igen, da denne forstærkers filterindstillinger ligger lige i det søde punkt for husets elektriske systemer, skal du være meget opmærksom på støj i dette eksperiment. Hav din bærbare computer og SpikerBox langt fra alle stikkontakter, væk fra lysstofrør osv. Lad også din bærbare computer køre på batteri alene.
8. Dette eksperiment er lettere med en ven til at have dig til at observere. Når signalet, skal du flytte dine øjne til venstre. Du bør se en afbøjning i én retning efterfulgt af en hurtig afbøjning i en anden retning. Hvis du bevæger øjnene til højre, vil signalet skifte polaritet.
9. Nu vil vi forsøge at registrere op- og nedad vs. blinkebevægelser. Med dit pandebånd skal du have en elektrode over øjet og placere en klisterelektrode under øjet. Sæt de røde alligatorklemmer på elektroderne over og under øjet, og den sorte jordklemme på jorden bag øret.
10. Blink nu vs. at bevæge øjnene op og ned. Hvad observerer du?
11. For at registrere dataene kan du trykke på den røde optageknap på Spike Recorder-softwaren.
12. Og du er færdig! Det er ikke gået os forbi, at man måske kunne bygge en grænseflade med dette signal. Giv det et forsøg!

Diskussion / videre arbejde

1. Kunne man bruge denne grænseflade til at styre et videospil? Hvor ville det være det største problem med dette?
2. Vores SpikeRecorder-software er designet til at være let at bruge, men hvis du ønsker at hacke en grænseflade, kan du ændre vores legacy processing-skitse, der også gemmer og viser dataene. Download den her. For at gøre dette skal du bruge en anden Arduino Sketch, som du kan finde i dette link.

Noter

Gracias går til Italo Ahumada Morasky, en chilensk kunstner, der illustrerede vores Serbiske Helt på anmodning af Jose.

Ideer til videnskabsmesseprojekter

• Ser potentialerne anderledes ud, når dine øjne er åbne eller lukkede? Hvorfor eller hvorfor ikke?
• Experimentér med EOG-elektrodens placering. Hvordan påvirker det dit signal?
• Er potentialets amplitude påvirket af, hvor langt du bevæger dine øjne? Hvor hurtigt? Hvilke andre variabler tror du kan have en effekt, og hvorfor?
• Hvordan påvirker placeringen af elektroderne det genererede potentiale? Som i, hvor i forhold til øjets bevægelse, og hvor langt fra øjet. Hvorfor har det disse virkninger? Tænk på fysikken i hvordan potentialet genereres, og på hvordan elektricitet bevæger sig i kroppen.
• Afprøv bevægelser, der blot kræver dine øjenlåg – luk øjnene (langsomt), knib øjnene sammen, åbn dem helt op. Hvorfor eller hvorfor har vi ikke set en EOG for disse, og hvis vi gør, hvordan kan den så sammenlignes med de tidligere sete?
• Har det en effekt, om nogen har brug for briller eller ej? Hvorfor eller hvorfor ikke? Hvis ja, hvad er så effekten?