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实验:意识探测器 - 脑电图,奇怪的任务和P300

现在您已经看到了大脑的节奏活动,您可以在与特定感官事件相关联的大脑活动中查看协调潮。你有意识吗?让我们找出来!笔记:目前,这个高级实验要求您在计算机上下载Matlab - 它将用于数据分析。

时间2小时
困难先进的

你会学到什么?

通过这个实验,您将在人类大脑中学习更多关于沟通,并在感受到意外的刺激时看大脑的反应。您将通过测量P300信号来遵守这一点,这是比Visual Cortex alpha节奏更具认知的信号。

先修实验室

  • 脑电图- 您应该对Arduino平台进行中间理解,以及如何使用心脏和大脑尖峰岛在继续前进到更具挑战性的记录事件相关电位的实验之前录制您的alpha波。


背景

基于密歇根州立大学学生Kylie Smith的夏季实习生研究项目。

在我们思考的时候,我们的大脑究竟发生了什么,“幕后”?在我们的来自人类大脑的脑电图实验,当我们没有看到任何光线(闭着眼睛)时,我们探讨了大脑的枕叶中的节奏活动。但这反映了一种大脑的一部分进入的“国家” - 而思想往往是迅速和瞬间的。如果我们想开始看认知,那么我们可以在大脑中接受一些非节奏的电气现象。

让我们更多地谈谈我们可以通过头骨看到的电气信号。P300信号是事件相关电位(ERP),这意味着在脑电图中看到信号作为快速单个电位变化作为对感官,认知或电机事件的响应。信号的峰值平均为300毫秒,或“帖子”,刺激,所以我们称之为P300。这与韵律波浪(alpha,beta,θ等)反对延长术语状态的脑部正在经历。

P300信号被认为来自榫叶,这是我们将放置电极的地方。你大脑的这一部分在关注周围环境中具有重要作用。对右边的半球有损害的人往往难以承认世界左侧的存在,这是一种被称为“半疏忽”的现象(注意:左翼耳廓半球的损伤不会导致正确的空间忽视,相反仍然是一个谜团)。

当你看到或听到奇怪的时候,粘在你身上的东西时,顶叶的神经元在激活中飙升,因为你的神经元在这个区域开始迅速飙升,因为你的大脑努力做出反应并理解这种新的刺激。P300信号不会直接从感觉 - 看到光线上或听到声音 - 但从大脑的评估中的这些“意外”刺激的评估。我们将在此实验中看到,并非所有声音都启动此信号。

您正在做的实验被称为“奇怪的任务”,您将听到一个重复的,定期呈现特定频率的音调,但是10%的时间将是略微不同的 - 一种更高的音调我们。在这部小说之后平均为300毫秒,或“奇怪的”事件,我们的脑电图将表现出在榫叶上的大量组合潜力。

听觉P300最迷人的应用之一是检查昏迷患者的大脑活动。一些证据表明如果您在昏迷中的个人上执行此实验并在脑电图中看到P300信号的变体,则是一个强大的指标,它们可能会被带出昏迷状态。因此,为什么我们命名这个实验“意识探测器”。

在执行实验时,P300信号很难看到,在许多试验中进行数据分析后,它只变得清晰。在播放奇怪音调时,在播放奇怪的音调时拍摄的所有时间段,平均这些记录,然后将它们与非奇数球音围绕的同一时间段进行比较后,它是最可见的。下面的图示出了这个概念。多次试验的平均突出了我们的信号,并允许我们直接比较,当我们假设P300应该出现而不是当我们假设它不应该出现。

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“素描”是您使用Arduino Laptop软件安装在Arduino电路板上(如果您从美国购买Arduino,您的董事会预先安装),而后院大脑飙升唱片程序程序允许您在计算机上可视化和保存数据伟德国际备用网址做实验时。伟德国际安卓您应该熟悉您的经验发现Alpha Waves。目前,分析您收集所需的数据马铃薯,这通常在大学工程图书馆计算机上提供。

实验教程视频

程序

该实验使用内心和脑尖峰,其具有约880倍的增益,带通滤波器为1-129 Hz。

在意识探测器 - 脑电图,奇怪的任务和P300中,我们将研究与一系列标准刺激中奇怪的刺激到达的事件相关的潜力。

设备设置

  1. 两个arduinos将用于此实验。配备心脏和脑尖顶灯符的Arduino将被称为“Brainduino”,以及控制发出声音的蜂鸣器的额外Arduino将被称为“Buzzduino”。下载标准心和大脑代码在脑水电上蜂鸣器Arduino Code.到buzzduino。注意:我们的心脏和大脑尖峰座附带尖刺阶司机已经加载了,因此除非您正在黑客攻击您自己的代码,否则您不必担心心脏和脑尖峰椅上的代码。
  2. 如下所示,将两个小型扬声器连接到脑大气和Buzzduino。音调在Buzzduino上出现数字输出8和9,然后转到扬声器以及脑水电中的模拟输入1和2。地面是共享的。按电路图照片和原理图复制设置。

以下是表示要进行的连接的电路图:

电极设置和测试

  1. 使用EEG 10-20系统将一个BYB头带与电极放在P4-PZ位置上 - 见下面的地图。
  2. 确保主题舒适坐下,配备一张纸和书写器具。
  3. 在头带顶部的金属按钮电极下添加电极凝胶的滚珠。确保金属和皮肤之间尽可能少的头发。
  4. 将地面添加到耳朵后面的乳突过程。
  5. 现在是时候连接你的电极!使用橙色电极电缆,将两个红色鳄鱼夹夹在头顶上的金属按钮上,黑色鳄鱼夹到耳朵后面的地面。
  6. 将橙色电极电缆的另一端插入脑水电池(心脏和脑尖顶)。
  7. 设置尖峰录音机程序。与之前的EEG实验一样,该放大器的过滤器设置是在房屋电气系统的甜蜜点,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单独运行电池电量。如果信号似乎过度嘈杂和不稳定,则在头带电极和头皮之间添加更多导电凝胶。
  8. 在我们的尖峰软件上,打开50Hz(欧洲,南美洲)或60Hz(美国,英国)Notch过滤器,以减少电噪声并将数字滤波器滑动至1-100 Hz。
  9. 在尝试录制脑袋和前额的脑袋时持有静止,放松,可以很容易地拾取钳口和额头,这导致对脑电图阅读的干扰。
  10. 测试信号的合法性 - 让主题打开并关闭他/她的眼睛,每十秒钟交替。如果在EEG实验中描述的alpha波,眼睛闭合并在眼睛打开后消失时,您最有可能记录真正的EEG信号。欢呼!。您可以继续下一步。如果没有,请尝试以下操作:确保电极区域与头皮接触,并确保电线完全连接。
古怪的任务
  1. 现在你发现了一个合法的信号,你可以开始奇怪的录音。保持它们的电极,并开始新的录制。
  2. 使用9 V电池或插入计算机的第二个USB电缆打开Buzzduino。你将听到正常和奇怪的音调。
  3. 在Spike Recorder软件上开始录制数据。
  4. 通过分割线连接到Brainduino的蜂鸣器可确保这些信号将显示在尖峰记录器文件上。典型的录制应该类似于下面所示的录音,具有eEG迹线和正常音调跟踪,以及“奇怪的”音调跟踪。
  5. 主题将标记他们在纸张上听到的每个奇怪的基调(并跟踪总计),直到他们高达五十。此时,我们结束了录音。

分析

  1. 打开MATLAB并上传从Spike Recorder应用程序中记录的数据文件。跑过Matlab脚本通过在命令窗口中键入“runp300”并在PC上按“输入”或在Mac上的“返回”。
  2. 提示将要求文件的名称。用单引号写下它。如:'nameoffile.wav'
    1. 然后生成三个数字。
    2. 该图中的每个灰度线显示了实验中的每个标准音调的EEG录制中的一秒钟。每种音调响应的平均值并以红色绘制。
    3. 该图中的每个灰线显示了在实验中围绕每个奇怪的音调发作的EEG录制的一秒钟。每种音调响应的平均值被拍摄并以绿色绘制。由于P300仅在10到20 MV之间,因此在脑电图“噪声”中很容易丢失。因此,当EEG“噪声”平均为零后,仅当闪光发出围绕闪光发作周围的平均值时,信号仅可见。
    4. 我们必须检查我们的结果是通过将统计学原则应用于我们的数据来科学上进行科学意义。要检查我们的结果是否可能是偶然发生的,我们选择多个点,因为随机闪烁,围绕这些随机所选点的平均数据以灰色绘制。这是一百倍,另一个平均值拍摄并绘制蓝色。这是蒙特卡罗的平均水平
    5. 所有平均值都绘制在一起。绘制基于蒙特卡罗平均平均值的95%置信区间,以显示出置信区间之外的显着数据数据。当定义P300信号时,P300波形具有用于在奇数球音后250毫秒和600毫秒之间发生的最大正电位的标签。
    6. 你可以下载数据文件用于上面的视频以获得比较。