Experiment: Eye Potentials (The EOG)

Achtergrond

Geïnspireerd door een prototype gebouwd door José Enrique López Pérez, student Elektrotechniek in Oaxaca, Mexico.

Hoewel het vrij bekend is dat je hart en hersenen elektrische potentiëlen genereren, weet je misschien niet dat je hele oog ook een potentiaal heeft! Het verandert niet snel in de vorm van “impulsen” zoals uw hart en hersenen, maar heeft wel een spanningsverschil dat we kunnen meten. Met name de voorkant van het oog, waar het hoornvlies zich bevindt, is positiever dan de achterkant van het oog (waar het netvlies zich bevindt).

Met dit potentiaalverschil is het oog een elektrische dipool. En wanneer dipolen bewegen, veroorzaken zij veranderingen in het elektrische veld die kunnen worden waargenomen. Door de ogen van links naar rechts of op en neer te bewegen, ontstaat een elektrische afbuiging die we kunnen meten en die een elektrooculografisch signaal (EOG) wordt genoemd. Door de elektroden van onze BYB-hoofdband zo te plaatsen dat elke elektrode aan weerszijden van het oog ligt, kunnen we beweging van links naar rechts detecteren. Door een elektrode boven het oog te plaatsen en een andere elektrode onder het oog, kunnen we op- en neergaande bewegingen detecteren, samen met knipperen. Knipperen? Wat is dit over knipperen! Ja, we kunnen ook knipperen detecteren! Wij geloven echter dat dit het gevolg is van het elektromyografische signaal van de oogknipperspieren, en niet van de beweging van het oog. Maar hiermee kun je interessante interfaces maken, zoals knipperlichtdetectoren.

Nu gaan we het signaal observeren en meten!

Downloads

Voordat u begint, moet u ervoor zorgen dat u de Backyard Brains Spike Recorder op uw computer of mobiele apparaat hebt geïnstalleerd. Met het Backyard Brains Spike Recorder programma kunt u de gegevens visualiseren en opslaan op uw computer/tablet/telefoon wanneer u experimenten uitvoert.

Procedure

In dit “Oog Potentiaal” experiment, gaan we de verandering in oogbal potentialen meten als we onze ogen bewegen.

1. We zullen beginnen met Links versus Rechts bewegingen van het oog. Neem uw BYB-hoofdband en plaats die zo dat de elektroden aan weerszijden van uw oog zijn geplaatst.
2. Voeg klodders elektrodengel toe onder de metalen patches in de hoofdband.
3. Voeg nu een elektrodeflap toe op het benige uitsteeksel achter uw oor (het processus mastoideus).
4. Opmerking: Een alternatieve elektrode setup is om beide elektroden patch elektroden aan weerszijden van de slapen, aan de buitenzijde van de ogen..
5. Nu is het tijd om uw elektroden aan te sluiten! Plaats de rode alligator clips op de elektroden rond het oog, en de zwarte alligator clip op de grond achter je oor. Welke rode op welke plaats rond het oog zit, maakt voor inleidende experimenten niet uit.
6. Steek de draden van de elektrodekabel in de SpikerBox, het is de oranje connector.
7. Stel uw SpikerBox en Spike Recorder programma in. Nogmaals, omdat de filter instellingen van deze versterker precies in de sweet spot van elektrische huisinstallaties liggen, zult u bij dit experiment erg op uw hoede moeten zijn voor ruis. Zorg dat de laptop en SpikerBox ver verwijderd zijn van stopcontacten, TL-verlichting, etc. Zorg er ook voor dat uw laptop alleen op de batterij werkt.
8. Dit experiment is gemakkelijker met een vriend om je te laten observeren. Wanneer het signaal, beweeg je ogen naar links. U moet een afbuiging in één richting zien, gevolgd door een snelle afbuiging in een andere richting. Als u uw ogen naar rechts beweegt, zal het signaal van polariteit veranderen.
9. Nu zullen we proberen op- en neergaande versus knipperende bewegingen te registreren. Met je hoofdband, heb je een elektrode boven het oog, en plaats een sticker elektrode onder je oog. Plaats de rode krokodillenklemmen op de elektroden boven en onder uw oog, en de zwarte massaklem op de grond achter uw oor.
10. Knipper nu vs. het op en neer bewegen van uw ogen. Wat merkt u op?
11. Om de gegevens op te nemen, drukt u op de rode opnameknop van de Spike Recorder software.
12. En u bent klaar! Het is ons niet ontgaan dat je misschien een interface kunt bouwen met dit signaal. Probeer het eens!

Discussie / Verdere werkzaamheden

1. Zou je deze interface kunnen gebruiken om een videospelletje te besturen? Wat zou het grootste probleem daarbij zijn?
2. Onze SpikeRecorder Software is ontworpen om makkelijk te gebruiken, maar als je een interface wilt hacken, kun je onze legacy processing sketch aanpassen die ook de data opslaat en weergeeft. Download het hier. Om dit te doen, moet je een andere Arduino Sketch gebruiken, die je kunt vinden in deze link.

Notes

Gracias gaat naar Italo Ahumada Morasky, een Chileense artiest die onze Servische Held illustreerde op verzoek van Jose.

Ideeën voor een wetenschapsbeurs

• Zien de potentiëlen er anders uit als je ogen open of dicht zijn? Waarom wel of niet?
• Experimenteer met de plaatsing van de EOG elektrode. Wat voor effect heeft het op uw signaal?
• Heeft het effect op de amplitude van de potentiaal te maken met hoe ver u uw ogen beweegt? Hoe snel? Welke andere variabelen kunnen volgens u van invloed zijn en waarom?
• Hoe beïnvloedt de plaatsing van de elektroden de potentiaal? Als in, waar ten opzichte van de beweging van het oog, en hoe ver van het oog. Waarom heeft het deze effecten? Denk over de fysica van hoe het potentieel wordt geproduceerd, en over hoe de elektriciteit in het lichaam beweegt.
• Probeer bewegingen waarbij alleen uw oogleden nodig zijn – uw ogen (langzaam) sluiten, loensen, ze wijd open doen. Waarom of waarom hebben we hiervoor geen EOG gezien, en zo ja, hoe verhoudt die zich tot de eerder geziene?
• Heeft het feit of iemand een bril nodig heeft effect of niet? Waarom wel of waarom niet? Zo ja, wat is het effect?