Bakgrund
Inspirerad av en prototyp som byggdes av José Enrique López Pérez, student i elektronikteknik i Oaxaca, Mexiko.
Samtidigt som det är ganska välkänt att hjärtat och hjärnan genererar elektriska potentialer, vet du kanske inte att hela ditt öga också har en potential! Den förändras inte snabbt i form av ”impulser” som ditt hjärta och din hjärna, men den har en spänningsskillnad som vi kan mäta. Närmare bestämt är den främre delen av ögat, där hornhinnan ligger, mer positiv än den bakre delen av ögat (där näthinnan ligger).
Med denna potentialskillnad är ögat en elektrisk dipol. Och när dipoler rör sig orsakar de elektriska fältförändringar som kan observeras. Genom att flytta ögonen från vänster till höger eller upp och ner skapas en elektrisk avböjning som vi kan mäta och som kallas en elektrookulografisk signal (EOG). Genom att placera elektroderna i vårt BYB-huvudband så att varje elektrod ligger på vardera sidan av ögat kan vi upptäcka vänster respektive höger rörelse. Genom att ha en elektrod ovanför ögat och en annan elektrod under ögat kan vi upptäcka rörelser uppåt och nedåt samt blinkningar. Vad är det här med blinkningar? Ja, vi kan också upptäcka blinkningar! Vi tror dock att detta beror på den elektromyografiska signalen från ögonlänkmusklerna och inte på ögonrörelsen. Men med detta kan man göra intressanta gränssnitt som blinkdetektorer.
Nu ska vi observera och mäta signalen!
Downloads
Innan du börjar ska du se till att du har Backyard Brains Spike Recorder installerad på din dator eller mobila enhet. Med programmet Backyard Brains Spike Recorder kan du visualisera och spara data på din dator/tablett/telefon när du gör experiment.
Procedur
I det här experimentet ”Ögonpotential” kommer vi att mäta förändringen i ögonpotentialen när vi rör ögonen.
- Vi kommer att börja med vänster vs. höger rörelser av ögat. Ta ditt BYB-huvudband och placera det så att elektroderna är placerade på vardera sidan och ögat.
- Lägg till klumpar av elektrodgel under metallplåtarna i huvudbandet.
- Lägg nu till en elektrodplåtar på den beniga utskjutningen bakom ditt öra (mastoidprocessen).
- Observera: En alternativ elektroduppsättning är att sätta båda elektroderna plåsterelektroderna på vardera sidan av tinningarna, på utsidan av ögonen..
- Nu är det dags att ansluta elektroderna! placera de röda krokodilklämmorna på elektroderna runt ögat, och den svarta krokodilklämman på marken bakom örat. Vilket rött som sitter på vilken plats runt ögat spelar ingen roll för inledande experiment.
- Anslut elektrodkabelns trådar till SpikerBox, det är den orangea kontakten.
- Ställ in din SpikerBox och programmet Spike Recorder. Återigen, eftersom den här förstärkarens filterinställningar ligger precis i den söta punkten för husens elektriska system, måste du vara mycket vaksam på brus i det här experimentet. Ha din bärbara dator och SpikerBox långt från alla eluttag, bort från lysrörslampor osv. Låt också den bärbara datorn köras enbart på batteri.
- Detta experiment är lättare med en vän som du kan observera. När signalen kommer, flytta ögonen till vänster. Du bör se en avböjning i en riktning följt av en snabb avböjning i en annan riktning. Om du flyttar ögonen till höger kommer signalen att ändra polaritet.
- Nu ska vi försöka registrera upp- och nedåt kontra blinkrörelser. Med ditt pannband har du en elektrod ovanför ögat och placerar en klisterelektrod under ögat. Placera de röda alligatorklämmorna på elektroderna ovanför och under ögat och den svarta jordklämman på marken bakom örat.
- Blinka nu mot att röra ögonen uppåt och nedåt. Vad observerar du?
- För att registrera data kan du trycka på den röda inspelningsknappen i programmet Spike Recorder.
- Och du är klar! Det har inte undgått oss att man kanske skulle kunna bygga ett gränssnitt med den här signalen. Ge det en chans!
Diskussion / Fortsatt arbete
- Skulle du kunna använda det här gränssnittet för att styra ett videospel? Var skulle det största problemet med detta ligga?
- Vår SpikeRecorder-programvara är utformad för att vara lätt att använda, men om du vill hacka ett gränssnitt kan du modifiera vår gamla bearbetningsskiss som också sparar och visar data. Ladda ner den här. För att göra detta måste du använda en annan Arduino-skiss, som du hittar på den här länken.
Anteckningar
Gracias går till Italo Ahumada Morasky, en chilensk konstnär som illustrerade vår serbiska hjälte på begäran av Jose.
Idéer till projekt på vetenskapsmässan
- Ser potentialerna olika ut när ögonen är öppna eller stängda? Varför eller varför inte?
- Experimentera med EOG-elektrodens placering. Hur påverkar det din signal?
- Influeras potentialens amplitud av hur långt du rör ögonen? Hur snabbt? Vilka andra variabler tror du kan ha en effekt och varför?
- Hur påverkar placeringen av elektroderna den genererade potentialen? Som i, var i förhållande till ögats rörelse och hur långt från ögat. Varför har det dessa effekter? Tänk på fysiken i hur potentialen genereras och på hur elektricitet rör sig i kroppen.
- Att prova rörelser som bara kräver ögonlocken – att stänga ögonen (långsamt), blinka, öppna dem brett. Varför eller varför har vi inte sett en EOG för dessa, och om vi gör det, hur kan den jämföras med de tidigare setts?
- Har det någon effekt om någon behöver glasögon eller inte? Varför eller varför inte? Om så är fallet, vilken är effekten?