Experiment: Augenpotentiale

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Hintergrund

Inspiriert vom Prototypen des José Enrique López Pérez, Elektroingenieurstudent in Oaxaca, Mexico.

Das Wissen, dass unser Herz' und unser Hirn elektrische Potentiale generieren ist relativ weit verbreitet. Aber vielleicht wusstest du ja noch gar nicht, dass unser Auge ebenfalls ein Potential hat! Es verändert sich zwar nicht so schnell und impulsartig wie die Spikes aus Herz und Hirn, offenbart uns aber auch einen Potentialunterschied, den wir messen können. Der vordere Teil des Auges, wo sich die Linse befindet, ist positiv geladen im Vergleich zum hinteren Teil des Auges, wo man die Retina mit den Photorezeptoren findet.

Dieser Spannungsunterschied macht unser Auge zum Dipol. Und wenn ein Dipol sich bewegt, dann verursacht das Veränderungen im elektrischen Feld, die man messen kann. Wenn du deine Augen von rechts nach links oder von oben nach unten bewegst, können wir einen elektrischen Ausschlag beobachten, den man Elektrookulogramm nennt. Platzierst du die beiden Elektroden des Stirnbands (Metallkontakte) rechts und links über dem Auge können wir Links- und Rechtsbewegungen messen. Klebst du dir einen Elektrodensticker mittig über das Auge und einen weiteren mittig darunter, kannst du Auf- und Abbewegungen, sowie Zwinkern messen. Zwinkern? Wieso sehen wir das Zwinkern? Wir glauben, dass es sich hierbei vielmehr um ein Artefakt vom Zwinkmuskel handelt und nicht auf die Bewegung des Auges zurückzuführen ist. Aber egal, damit können wir verrückte Schnittstellen basteln. Zum Beispiel einen Zwinkeralarm.

So, lasst' uns jetzt einen Blick auf dieses Signal werfen und wie man es messen kann!

Downloads

Bevor's losgeht, geh' sicher dass du unseren Backyard Brains Spike Recorder auf deinem Computer installiert hast. Das Backyard Brains Spike Recorder Programm erlaubt es dir deine Daten aufzunehmen und anzusehen während du dein Experiment machst! Wir haben ein Video hierfür vorbereitet!

Spike Recorder Software um Daten aufzunehmen und zu speichern

Ablauf

In diesem "Augenpotential" Experiment werden wir die Spannungsunterschiede messen, die auftreten wenn du dein Auge bewegst!

1. Wir fangen mit den Rechts-, Linksbewegungen des Auges an. Nimm' dafür dein BYB Stirnbandl her und platzier' es so, dass die Elektroden links und rechts über dem Auge liegen.
2. Benutz' auch ein paar Tropfen Elektrodengel. Auf den Metallplatten erhöhen Sie die Leitfähigkeit und erleichtern uns die Messung
3. Jetzt brauchst du nur noch einen Elektrodepatch am Knochen hinter deinem Ohr (Mastoid).
4. Anmerkung: man kann auch nur Elektrodenpatches benutzen. Falls wir mit dem Stirnband keine guten Signale bekommen, bietet uns das eine Alternative. Ansonsten immer Müll vermeiden und auch die Elektrodenpatches kann man öfter als einmal benutzen!
5. Jetzt verbinde die Elektroden! Rote Alligatorclips auf die Elektroden ums Auge und der schwarze Alligatorclip mit dem Patch hinter deinem Ohr. Welche rote Elektrode du mit welchem Teil des Kabels verbindest ist egal. Erst bei den Experimenten für Fortgeschrittene wird das wichtig.
6. Steck' das orangene Elektrodenkabel in die orangene Buchse deiner Heart & Brain SpikerBox.
7. Schalte' deine SpikerBox ein und starte das Spiker Recorder Programm. Wie bei fast jedem Experiment müssen wir an elektrische Störsignale denken. Wenn du sehr starke Störsignale aufnimmst, versuche einen anderen Computer als Stromzufuhr zu benutzen. Man sieht am meisten Rauschen, wenn der Akku des Laptops schwach wird oder wenn der Computer an einer Steckdose steckt. Manchmal kann das Wechseln der Steckdose bereits eine Wirkung haben. Falls das Problem nicht weggehen sollte, setze ein Häckchen beim 50Hz Filter in den Settings und ändere mehrmals den Ort des Experiments.
8. Am Besten ist es dieses Experiment mit einem Kumpel durchzuführen, der dich beobachten kann. Er gibt dir Bescheid wie sich das Signal verändert, wenn du dein Auge nach links bewegst. Er sollte dir einen Ausschlag in eine Richtung, dicht gefolgt von einem Ausschlag in die entgegengesetzte Richtung berichten. Bei einer Linksbewegung des Auges sollte das gleiche Signal "auf dem Kopf" erscheinen. Gleichzeitig solltest du deine Experimente eh immer aufnehmen, damit du Daten sammeln kannst, die du für eine persönliche Studie benutzen kannst.
9. Und weiter geht's mit Hoch- und Runterbewegungen vs. Zwinkern. Platziere das Stirnband so, dass du eine Elektrode über dem Auge hast und kleb' eine Stickerelektrode unters Auge. Rote Alligatorclips mit den Elektroden über und unter dem Auge verbinden, den schwarzen Erdungsclip mit der Elektrode hinterm Ohr und fertig.
10. Jetzt schau' mal ob du einen Unterschied zwischen den Signalen des Zwinkerns und der Augenbewegung siehst. Was genau beobachtest du?
11. Roter Record Button im Spike Recorder = Aufnahme des Signals.
12. Und schon haben wir ein Elektrookulogramm gemessen. überleg dir mal, was für Schnittstellen damit hacken könnte!

Diskussion / weiterführende Gedanken

1. Könntest du damit eine Schnittstelle designen, mit der man ein Videospiel kontrollieren kann? Was wäre das größte Problem?
2. Unsere SpikeRecorder Software ist dafür gemacht, dass sie einfach zu bedienen ist. Wenn du sie hacken willst kannst du das Gerät gerne modifizieren. Zum Beispiel die Datei die bestimmt wie die Daten gespeichert werden. Download Sie einfach hier. Benutze hierfür ein anderes Arduino Schema, welches du unter diesem link finden kannst.

Anmerkung

Vielen Dank anItalo Ahumada Morasky, ein chilenischer Künstler, der unseren serbischen Held illustriert hat.

Du hast noch nicht genug?

• Sehen die Potentiale anders aus, wenn du deine Augen geschlossen bzw. geöffnet hast? Versuch deine Hypothese zu beweisen!
• ändert sich die Amplitude deines Potentialausschlags je nachdem wie weit du dein Auge bewegst? Oder hängt sie von der Geschwindigkeit ab? Was für andere Variablen könnten einen Effekt haben, und warum?
• Wie kann die Platzierung einen Effekt haben auf das generierte Potential? Also: Wie weit sie vom Auge entfernt sind, oder relativ zur Bewegung? Warum genau ist das so? Denke an die Physik, wie Spannungsänderungen entstehen und was für Signale so durch unseren Körper schießen.
• Beweg mal nur dein Augenlid: Langsames Schließen, Zukneifen, Aufreißen. Warum sehen wir (k)ein EOG hier? Und wenn ja, wie sehr ähneln sie den anderen?
• Kann man Sehschwächen mit dem EOG in Verbindung bringen? Warum (nicht)? Was ist der Effekt?