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实验:人类大脑的脑电图

你已经看过来自个体神经元,你的心脏,肌肉,甚至植物的尖峰。在这里,最后,我们解决了追求的大部分,经常被误解,神经科学信号:脑电图(EEG)。看到自己大脑的电气节奏!试着利用他们!

时间1小时
困难先进的

你会学到什么?

通过这个实验,您将了解数十亿个神经元中的“广泛的通信”,您将通过视觉皮质的alpha节奏在存在或缺乏光线下观察这一点。您将瞥见大脑的电气活动。

先修实验室

  • 心脏动作潜力- 您应该对Arduino平台的基本了解以及如何使用心脏和大脑尖峰盒在继续记录您自己的EEG脑节奏的更具挑战性实验之前录制您的心跳。


背景

你的头骨和皮肤在你的头部保护你有价值的,精彩的大脑,但它们是优秀的电气绝缘体,使得难以从人类大脑中的个体神经元记录。为此,您需要在颅骨中钻孔并将电极直接插入大脑中,只有在脑部手术期间只做的东西,当在顽固的癫痫或肿瘤的情况下绝对必要时。要记录单个神经元,您的电极必须直接联系用神经组织。出于这个原因,我们在展示神经电活动时使用蟑螂腿的神经。如果您想记录人类视觉皮质神经元(位于头部后部)的响应,以响应光...

然而,当大量的神经元同时做着同样的事情时,我们可以通过放置在你脑后的头皮表面的电极看到这种“同步”活动。当你闭上眼睛时,你的视觉皮层并没有从你的眼睛接收复杂的信息(只有黑暗),视觉皮层进入一种被称为“阿尔法”的怠动同步模式,这种模式非常强大,我们可以在非侵入性的情况下检测到它。

大脑中同步和数据处理之间的关系很难理解,并涉及信息理论(您可以进入我们的英雄克劳德·香农的但是,总的来说,你大脑中的神经元越同步,发生的数据处理就越少。这导致的悖论电信号越强,我们可以记录你的头皮表面,有趣的事情越少你的大脑做的(如深度睡眠)或有危险的情况(如癫痫——当一个区域的所有神经元点火迅速,与此同时,导致痉挛和更危险的后果)。

通常,当你强烈集中时,大脑中的许多神经元都在计算许多不同的东西。大脑的“信息能力”高,在神经元之间发生了许多不同的谈话。这在脑电图中显示为一个非常弱的信号,难以从中提取意义。想象一下,在每个人都在他们自己之间的对话的半场时间里的体育场。如果你在体育场之外,你听到的只是噪音的无形嗡嗡声。有许多有趣的事情(可能),但你不能在体育场以外的地方发现它。

然而,想象一下,当体育场中的所有参与者都在做同样的事情,例如国家国歌的歌声。*我们肯定可以听到这首歌,虽然扭曲了体育场。这与慢波的慢波类似于在深睡眠中产生的慢波,或者在闭合时,视觉皮层产生的alpha波。

我们可以在体育场外发现最响亮的事件是当发生“目标”时,作为体育场内的巨大人口,所有人都在同时大声尖叫。当你大脑中的大群神经元(所有射击动作潜力同时)时,它被称为癫痫,这是非常危险的。

随着国歌的奏起和进球的到来,我们可以说在体育场里的人们是非常“同步”的“低信息”。我们可以在大脑中观察到类似的同步现象,但我们不需要睡觉(那是另一个实验……请继续关注)或经历癫痫事件。我们可以在你的后脑勺上放置电极,观察你睁开或闭上眼睛时视觉皮层的电活动。当你闭上眼睛时,有少量的信息被发送到你的视觉皮层(黑暗时)。结果是视觉皮层进入一种同步状态,称为“阿尔法节奏”,我们可以用新的心脏和大脑SpikerBox。这些“alpha waves”是由德国科学家汉斯伯格于1924年观察到的(发表于1929年)。

理论

那么我们在脑电图(EEG)中到底记录了什么呢?我们正在观察大脑皮层上层神经元的“振荡慢场”:具体地说,是“兴奋后突触后潜力”。这些突触后电位是由神经元突触内的神经递质结合引起的微小电位变化。这些电位的变化导致神经元更可能或更不可能触发动作电位,这对大脑中信息的编码非常重要。如果你想深入了解,核心参考是精致和具有挑战性的。”Mitzdorf 1985.”。

如果许多EPSP同时发生在你大脑的同一区域,例如当你闭上眼睛,视觉皮层神经元都处于相同的“空转”状态时,我们可以在脑电图中观察到这些EPSP的累加。

有趣的是,埃德加阿德里安的知名主,谁是第一个将神经元尖峰活动联系到演讲者的人“听”的峰值1926年,是常规的家庭主教或我们的工作显示视觉皮质的脑电图在1930年代初的剑桥讲座的同时。我们按照你的榜样,我们的主,并尽可能地恢复你的能力。

下载

在开始之前,请确保有伟德国际备用网址后院大脑尖峰录音机Arduino安装在计算机上的程序。Arduino“草图”是你使用Arduino笔记本电脑软件安装在你的Arduino电路板上的东西(如果你从我们这里购买了Arduino,你的电路板是预先安装的),后院大脑Spike Recorder程序允许你在做实验时在电脑上可视化和保存数据。伟德国际备用网址伟德国际安卓我们制作了一个视频让你解释一下!

实验教程视频

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程序

在这种“eeg介绍”实验中,我们将在正常的照明室内打开并关闭眼睛,监测我们的视觉皮质电信号。

  1. 你得先把脑电图带戴上。把这款时尚的衣服戴在头上,两个电极放在脑后顶部(视觉皮层上方)。电极的光滑一侧应与头皮接触。即使你有头发,这个实验也能起作用,但把你的头发“从”电极的路上挪开会有帮助。
  2. 在发带的金属贴片下面添加电极凝胶。
  3. 现在,在耳朵后面的骨突起上添加电极贴纸(乳房过程)。在施加到耳骨之前将一些导电凝胶添加到该电极将提高信号的稳定性。
  4. 现在是时候连接你的电极!2015年夏季,我们的套件开始用简单的橙色电缆开始运输,具有两个红色鳄鱼夹和黑金属地面夹而不是一个红色,黑色和裸金属地面夹子。如果您使用的是较新的套件,请将红色鳄鱼夹放在头部后部,黑色鳄鱼夹在耳朵后面的地面上。哪个红色的位置无关紧要。但是,如果您使用较旧的套件,请将裸露的金属夹放在耳朵后面,红色和黑色(再次,这是无关紧要的)鳄鱼夹在头部后部。
  5. 插入心脏和脑尖刻盒上的橙色端口的橙色接口电缆。
  6. 将USB线的一端连接到心脏和大脑的SpikerBox上,另一端连接到电脑上。
  7. 打开SpikereCorder软件,然后在“设置”菜单中连接到USB端口。同样,由于该放大器的过滤器设置是正确的房屋电气系统的甜点,因此在该实验中必须非常警惕噪音。让您的笔记本电脑和尖峰箱远离任何电源插座,远离任何荧光灯等。还有您的笔记本电脑在电池电量上运行。如果信号似乎过于噪音和不稳定,则在头带电极和头皮之间添加更多导电凝胶,以及更凝胶到末端后面的电极。将上面的视频用作指南。
  8. 当你试图记录脑电图时,保持静止和放松——肌肉运动也会被检测到,这会对你的脑电图读数造成干扰(是的,我们知道,获得稳定的信号是困难的,这就是为什么脑电图是我们要处理的最后一个主要的身体电信号!)
  9. 现在,打开并闭上眼睛,每10秒交替一次。闭上眼睛后几秒钟,将出现alpha波。显然,在您的眼睛关闭时出现的信号悖论,对朋友进行与朋友进行更容易和更有趣。
  10. 要记录数据,你可以按下Spike记录仪软件上的红色记录按钮。
  11. 每一个事件(比如睁眼)都可以用一个事件标记来记录,在记录过程中按一个数字来放置。可以通过进入存储数据文件的BYB文件夹更改事件标记名

    并打开与录制关联的事件文件。这些数字可以通过任何想要显示的事件标记显示(即打开)替换。保存您所做的更改。

  12. 你完成了!现在探索大脑的其他节奏。在后院大脑和我们进一步潜入脑电图并试图提伟德国际备用网址取意义的脑后脑电图。

讨论/进一步的工作

  1. 问题隔离eeg alpha节奏。看我们故障排除指南提示。
  2. 这里有一个参考记录我们的眼睛闭着眼睛,在Visual Cortex录制脑电图时睁开眼睛,帮助您了解闭眼的眼睛与眼睛打开的样子。在.zip文件中是一个.wav文件,其中包含录制和一个.txt文件,包含睁眼的眼睛关闭。将两个文件放在spikerecorder recordings文件夹中,并在spikerecorder中打开.wav文件以检查使用嵌入标记的此数据。
  3. 试着在不睁眼闭眼的情况下做这个实验,只打开和关闭房间里的灯。此外,当灯关闭时,试着积极“寻找”黑暗中的东西。阿尔法节奏出现,消失,等等?你可以看看第二个样品录制我们这样做的地方,但也许你的数据将是不同的。
  4. 这真的是在视觉皮层中产生的吗?试着移动你头上的发带,看看哪里的节奏最强烈。
  5. 就像1934年的艾德里安,你能通过闪烁的刺激来产生这种节奏吗?请参阅上面的链接。
  6. 您可以录制其他节奏,例如电机节奏,但它们很吵。你能孤立吗?我们也要尝试。
  7. 尝试尽可能地放松与您的眼睛关闭时的复杂视觉图像,是否复杂的心理图像与放松影响α信号的强度闭合?此实验与观察问题成熟。为什么你认为这是如此,为什么这个问题有趣?我们如何报告内部国家(我们的想法),只有我们自己肯定的?
  8. 这个节奏在睡觉时看起来像什么?试试实验!
  9. 我们的尖峰Order软件旨在易于使用,但如果您想破解接口,可以修改我们的旧处理草图,该草图还可以保存和显示数据。下载它。为此,您需要使用不同的Arduino草图,你可以在这个链接中找到
  10. 最后,脑电图是令人生气的,但新手可能会发现低信号强度令人惊讶。EEG是较弱的电生理信号之一,重要的是保持静止(不要移动头部的任何肌肉)并尽可能地降低噪音。见下面的图,说明了与其他信号相比的EEG信号强度,我们可以用心脏和脑尖峰盒测量。

笔记

*此规则的例外是蚯蚓,在蠕虫外,可以通过将蠕虫平坦置于电极线上的蠕虫外,由于其多孔潮湿的皮肤,可以在蠕虫外部录制尖峰。这是第一次发现于1945年并且自从多次复制起来,我们也是!(见本刊图5)。这是我们在文献中发现的唯一一个记录体外单个神经元活动的例子。让我们知道如果我们缺少一个关键的参考。

我们必须说明我们没有认为这会有效,但我们决定在敦促它的兴奋圣地亚哥制造商空间在智利。谢谢你挑战美国奥斯卡,瓦莱蒂娜,加布里埃拉,y vlo!Gracias也会去Italo Ahumada Marasky他与我们密切合作,为这篇具有挑战性的文章画了插图。

*智利国歌抒情诗

科学公平项目理念

  • 我们在这里说,alpha节奏真的不反映有人在想什么,但这真的是真的吗?在他们思考不同的想法时尝试从一个人录制阿尔法节奏。它有什么影响吗?为什么或者为什么不?
  • 某些条件对α波的各方面有什么影响?例如,年龄,男性对女性,他们睡了多少睡眠,最近他们是否有咖啡因。为什么你认为这些做/没有效果?
  • 试着从别人枕骨的不同部位录音。有没有一个最佳的位置可以看到阿尔法节奏?你还能在离这里多远的地方看到他们?
  • 试着从别人头皮的不同部位录音。你看到其他类型的波了吗?在眼睛睁开或闭上的情况下,大脑其他部位的活动是否发生了变化?
  • 如果你从某人身上录音,并且能持续得到阿尔法节奏,试着看看他们闭上眼睛后多久节奏出现,睁开眼睛后多久节奏消失。为什么每个人的时间会是现在这个样子呢?