Esperimento: Potenziali oculari (L’EOG)

Sfondo

Ispirato da un prototipo costruito da José Enrique López Pérez, studente di Ingegneria Elettronica a Oaxaca, Messico.

Mentre è abbastanza noto che il cuore e il cervello generano potenziali elettrici, forse non sapete che anche il vostro occhio intero ha un potenziale! Non cambia rapidamente sotto forma di “impulsi” come il cuore e il cervello, ma ha una differenza di tensione che possiamo misurare. In particolare, la parte anteriore dell’occhio, dove si trova la cornea, è più positiva della parte posteriore dell’occhio (dove si trova la retina).

Con questa differenza di potenziale, l’occhio è un dipolo elettrico. E quando i dipoli si muovono, causano cambiamenti di campo elettrico che possono essere osservati. Muovendo gli occhi da sinistra a destra o su e giù si crea una deflessione elettrica che possiamo misurare chiamata segnale elettrooculografico (EOG). Posizionando gli elettrodi della nostra fascia BYB in modo che ogni elettrodo si trovi su entrambi i lati dell’occhio, possiamo rilevare il movimento da sinistra a destra. Avendo un elettrodo sopra l’occhio e un altro elettrodo sotto l’occhio, possiamo rilevare i movimenti verso l’alto e verso il basso insieme ai battiti di ciglia. Cos’è questa storia degli ammiccamenti? Sì, possiamo rilevare anche gli ammiccamenti! Tuttavia, crediamo che questo sia dovuto al segnale elettromiografico dei muscoli dell’occhio e non al movimento dell’occhio. Ma, con questo si possono fare interfacce interessanti come rilevatori di ammiccamento.

Ora osserviamo e misuriamo il segnale!

Downloads

Prima di iniziare, assicurati di avere il Backyard Brains Spike Recorder installato sul tuo computer o dispositivo mobile. Il programma Backyard Brains Spike Recorder ti permette di visualizzare e salvare i dati sul tuo computer/tablet/telefono quando fai esperimenti.

Procedura

In questo esperimento “Potenziale oculare”, misureremo il cambiamento nei potenziali del bulbo oculare quando muoviamo gli occhi.

1. Inizieremo con i movimenti dell’occhio da sinistra a destra. Prendete la vostra fascia BYB, e posizionatela in modo che gli elettrodi siano posizionati su entrambi i lati e sull’occhio.
2. Aggiungete delle gocce di gel per elettrodi sotto le patch di metallo nella fascia.
3. Ora, aggiungete una patch di elettrodi sulla sporgenza ossea dietro il vostro orecchio (il processo mastoideo).
4. Nota: una configurazione alternativa degli elettrodi è quella di mettere entrambi gli elettrodi patch su entrambi i lati delle tempie, sul lato esterno degli occhi..
5. Ora è il momento di collegare gli elettrodi! posizionare le clip a coccodrillo rosso sugli elettrodi intorno all’occhio, e la clip a coccodrillo nero sulla terra dietro l’orecchio. Quale rosso è in quale posizione intorno all’occhio non ha importanza per gli esperimenti introduttivi.
6. Inserisci i fili del cavo degli elettrodi nella SpikerBox, è il connettore arancione.
7. Impostare il programma SpikerBox e Spike Recorder. Ancora una volta, dal momento che le impostazioni del filtro di questo amplificatore sono proprio nel punto dolce dei sistemi elettrici di casa, si dovrà essere molto vigile di rumore in questo esperimento. Tenete il vostro computer portatile e SpikerBox lontano da qualsiasi presa elettrica, lontano da qualsiasi luce fluorescente, ecc. Inoltre, fai funzionare il tuo portatile solo con la batteria.
8. Questo esperimento è più facile con un amico che vi faccia osservare. Quando il segnale, spostare gli occhi a sinistra. Dovreste vedere una deviazione in una direzione seguita da una rapida deviazione in un’altra direzione. Se muovete gli occhi a destra, il segnale cambierà polarità.
9. Ora, cercheremo di registrare i movimenti su e giù contro l’ammiccamento. Con l’archetto, avere un elettrodo sopra l’occhio, e posizionare un elettrodo adesivo sotto l’occhio. Posiziona i morsetti a coccodrillo rossi sugli elettrodi sopra e sotto l’occhio, e il morsetto di terra nero sulla terra dietro l’orecchio.
10. Ora sbatti le palpebre contro il movimento degli occhi su e giù. Cosa osservi?
11. Per registrare i dati, puoi premere il pulsante rosso di registrazione sul software Spike Recorder.
12. E hai finito! Non ci è sfuggito che forse si potrebbe costruire un’interfaccia con questo segnale. Provaci!

Discussione / Ulteriore lavoro

1. Potresti usare questa interfaccia per controllare un videogioco? Dove sarebbe il problema principale con questo?
2. Il nostro software SpikeRecorder è progettato per essere facile da usare, ma se vuoi hackerare un’interfaccia, puoi modificare il nostro sketch di elaborazione legacy che salva e visualizza anche i dati. Scaricalo qui. Per fare questo, è necessario utilizzare un diverso Arduino Sketch, che potete trovare in questo link.

Note

Gracias va a Italo Ahumada Morasky, un artista cileno che ha illustrato il nostro eroe serbo su richiesta di Jose.

Idee per progetti di fiere della scienza

• I potenziali appaiono diversi quando gli occhi sono aperti o chiusi? Perché o perché no?
• Sperimenta il posizionamento degli elettrodi EOG. Come influenza il tuo segnale?
• L’ampiezza del potenziale è influenzata da quanto lontano muovi gli occhi? Quanto velocemente? Quali altre variabili pensate possano avere un effetto, e perché?
• Come influisce il posizionamento degli elettrodi sul potenziale generato? Come dire, dove rispetto al movimento dell’occhio, e quanto lontano dall’occhio. Perché ha questi effetti? Pensate alla fisica di come viene generato il potenziale, e a come l’elettricità si muove nel corpo.
• Provare movimenti che richiedono solo le palpebre: chiudere gli occhi (lentamente), strizzare gli occhi, aprirli bene. Perché o perché non abbiamo visto un EOG per questi, e se lo facciamo, come si confronta con i precedenti visti?
• Il fatto che qualcuno abbia o meno bisogno di occhiali ha un effetto? Perché o perché no? Se sì, qual è l’effetto?

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