Eksperyment: Potencjały Oka (The EOG)

Tło

Inspirowany prototypem zbudowanym przez José Enrique López Pérez, studenta Inżynierii Elektronicznej w Oaxaca, Meksyk.

Choć dość dobrze wiadomo, że twoje serce i mózg generują potencjały elektryczne, możesz nie wiedzieć, że całe twoje oko również posiada potencjał! Nie zmienia się on szybko w formie „impulsów” jak serce i mózg, ale ma różnicę napięcia, którą możemy zmierzyć. W szczególności, przednia część oka, gdzie znajduje się rogówka, jest bardziej dodatnia niż tylna część oka (gdzie znajduje się siatkówka).

Z tą różnicą potencjałów, oko jest dipolem elektrycznym. A kiedy dipole się poruszają, powodują zmiany pola elektrycznego, które można zaobserwować. Poruszanie oczami z lewa na prawo lub z góry na dół tworzy elektryczne odchylenie, które możemy zmierzyć, zwane sygnałem elektrookulograficznym (EOG). Umieszczając elektrody naszej opaski BYB w taki sposób, aby każda z nich leżała po obu stronach oka, możemy wykryć ruch w lewo i w prawo. Umieszczając jedną elektrodę nad okiem, a drugą pod okiem, możemy wykrywać ruchy w górę i w dół oraz mrugnięcia. Mrugnięcia? O co chodzi z tymi mrugnięciami! Tak, możemy również wykryć mrugnięcia! Uważamy jednak, że jest to spowodowane sygnałem elektromiograficznym mięśni gałki ocznej, a nie ruchem oka. Ale dzięki temu można zrobić ciekawe interfejsy jak detektory mrugnięć.

Teraz obserwujmy i mierzmy sygnał!

Pobierz

Zanim zaczniesz, upewnij się, że masz zainstalowany program Backyard Brains Spike Recorder na swoim komputerze lub urządzeniu przenośnym. Program Backyard Brains Spike Recorder pozwala na wizualizację i zapisywanie danych na komputerze/tablecie/telefonie podczas wykonywania eksperymentów.

Procedura

W tym eksperymencie „Potencjał oka” będziemy mierzyć zmianę potencjałów gałki ocznej, gdy poruszamy naszymi oczami.

1. Zaczniemy od ruchów oka w lewo vs. w prawo. Weź opaskę BYB i umieść ją tak, aby elektrody znajdowały się po obu stronach oka.
2. Dodaj kleksy żelu elektrodowego pod metalowymi plastrami w opasce.
3. Teraz dodaj plaster z elektrodami na kostnym występie za uchem (wyrostek sutkowaty).
4. Uwaga: Alternatywnym ustawieniem elektrod jest umieszczenie obu elektrod na obu stronach skroni, po zewnętrznej stronie oczu..
5. Teraz nadszedł czas na podłączenie elektrod! umieść czerwone klipsy aligatorowe na elektrodach wokół oczu, a czarny klips aligatorowy na podłożu za uchem. Który czerwony jest w którym miejscu wokół oka, nie ma znaczenia dla eksperymentów wstępnych.
6. Podłącz przewody elektrod do SpikerBox, jest to pomarańczowe złącze.
7. Ustaw swój SpikerBox i program Spike Recorder. Ponownie, ponieważ ustawienia filtrów tego wzmacniacza znajdują się w samym „sweet spot” domowych systemów elektrycznych, będziesz musiał być bardzo czujny na szumy w tym eksperymencie. Trzymaj swój laptop i SpikerBox daleko od wszelkich gniazdek elektrycznych, z dala od wszelkich lamp fluorescencyjnych, itp. Ponadto laptop powinien działać wyłącznie na zasilaniu bateryjnym.
8. Ten eksperyment jest łatwiejszy z przyjacielem, abyś mógł go obserwować. Kiedy sygnał, przenieść swoje oczy w lewo. Powinieneś zobaczyć odchylenie w jednym kierunku, po którym następuje szybkie odchylenie w innym kierunku. Jeśli przenieść swoje oczy w prawo, sygnał zmieni polaryzację.
9. Teraz spróbujemy nagrać w górę iw dół vs ruchy mrugania. Przy pomocy opaski na głowę, umieść jedną elektrodę nad okiem, a pod okiem umieść elektrodę naklejaną. Umieść czerwone klipsy aligatorowe na elektrodach powyżej i poniżej oka, a czarny klips uziemiający na podłożu za uchem.
10. Teraz mrugaj vs ruchy oczu w górę i w dół. Co zaobserwujesz?
11. Aby zapisać dane, możesz nacisnąć czerwony przycisk nagrywania w oprogramowaniu Spike Recorder.
12. I gotowe! Nie umknęło naszej uwadze, że być może mógłbyś zbudować interfejs z tym sygnałem. Spróbujcie!

Dyskusja / Dalsza praca

1. Czy moglibyście użyć tego interfejsu do sterowania grą wideo? Gdzie tkwiłby w tym główny problem?
2. Nasze oprogramowanie SpikeRecorder jest zaprojektowane tak, aby było łatwe w użyciu, ale jeśli chcesz zhakować interfejs, możesz zmodyfikować nasz szkic przetwarzania, który również zapisuje i wyświetla dane. Pobierz go tutaj. Aby to zrobić, musisz użyć innego szkicu Arduino, który możesz znaleźć w tym linku.

Uwagi

Gracias goes to Italo Ahumada Morasky, chilijski artysta, który zilustrował naszego serbskiego bohatera na prośbę Jose.

Pomysły na projekt na Targach Naukowych

• Czy potencjały wyglądają inaczej kiedy twoje oczy są otwarte lub zamknięte? Dlaczego tak lub nie?
• Eksperymentuj z umieszczeniem elektrody EOG. Jak to wpływa na twój sygnał?
• Czy na amplitudę potencjału wpływa to, jak daleko poruszasz oczami? Jak szybko? Jak myślisz, jakie inne zmienne mogą mieć wpływ i dlaczego?
• Jak umiejscowienie elektrod wpływa na generowany potencjał? Jak w, gdzie względnie do ruchu oka, i jak daleko od oka. Dlaczego to ma te efekty? Pomyśl o fizyce jak potencjał jest generowany, i o tym jak elektryczność porusza się w ciele.
• Spróbuj ruchów, które wymagają tylko powiek – zamykanie oczu (powoli), mrużenie, otwieranie ich szeroko. Dlaczego lub dlaczego nie widzieliśmy EOG dla tych, a jeśli tak, jak to porównać do wcześniejszych widzianych?
• Czy to, czy ktoś potrzebuje okularów, czy nie, ma wpływ? Dlaczego lub dlaczego nie? Jeśli tak, jaki jest ten efekt?

.