Pracownia Sygnałów Biologicznych/Zajecia 7

Pomiar Elektrookulogramu

Wstęp

Prezentacja: Media:EOG.pdf

Kolejnym narządem, w którym znajdują się generatory czynności bioelektrycznej jest oko. W narządzie tym zachodzą skomplikowane procesy biochemiczne i elektryczne, umożliwiające widzenie. Procesy te zostaną omówione na oddzielnym wykładzie, w tym miejscu zaś wymienimy tylko te zjawiska, które mają wpływ na powstawanie w oku czynności elektrycznej.

1. Jednym z najważniejszych części oka jest siatkówka, której zadaniem jest odbieranie bodźców świetlnych oraz zamiana ich na sygnały elektryczne, przekazywane dalej do kory wzrokowej. W siatkówce płynie nieustannie prąd, którego natężenie zmienia się wraz z intensywnością padającego na nią światła. Związane z tym sygnały bioelektryczne można rejestrować za pomocą elektrod umieszczonych na powierzchni oka lub nawet za pomocą elektrod umieszczonych na powierzchni skóry wokół oka. Tak zarejestrowany sygnał elektryczny, powstały w oku w trakcie widzenia, nazywamy Elektroretinogramem (ERG). Sygnał ten ma amplitudę od kilku nanowoltów do kilku μV i jest wykorzystywany w diagnostyce wielu chorób siatkówki.
2. Rogówka (zewnętrzna warstwa oka znajdująca się w jego przedniej części) jest naładowana dodatnio względem siatkówki umiejscowionej po przeciwnej stronie oka. Rogówka wraz z siatkówką tworzą zatem w przybliżeniu układ dipola elektrycznego. W momencie ruchu okiem, dipol ten zmienia orientację w przestrzeni, zaburzając rozkład natężenia pola elektrycznego. Związany z tym sygnał o amplitudzie kilku miliwoltów można zmierzyć za pomocą elektrod umieszczonych na skórze wokół oka. Widoczny jest ona także na elektrodach umieszczonych na powierzchni głowy w trakcie pomiaru czynności elektrycznej mózgu. Sygnał ten, czyli elektryczny zapis ruchu gałek ocznych, nazywamy Elektrookulogramem (EOG). Czynność elektryczną związaną z ruchem gałek ocznych obserwuje się również w trakcie mrugania, kiedy to gałki oczne skręcają nieco ku górze (tzw. zjawiska Bella), a także w trakcie badań diagnostycznych zaburzeń snu (w różnych etapach snu występują wolne lub szybkie ruchy gałek ocznych).

1. Ruch oka sterowany jest za pomocą mięśni. W trakcie rejestracji Elektrookulogramu widoczne będą również wyładowania elektryczne związane z działaniem mięśni.

Ćwiczenie I: Podstawowe własności sygnału EOG

Wykonaj pomiar Elektrokulogramu za pomocą dwóch par elektrod połączonych w montażu dwubiegunowym.

Przyjrzyj się na bieżąco w SVAROGu sygnałom w poniższych sytuacjach, a następnie zarejestruj odpowiadające im sygnały aby dało się je przedstawić w prezentacji.Na potrzeby rejestracji sygnałów sytuacje poniżej opisane powtórz po 10 razy.

• Jedną parę elektrod umieść poniżej i powyżej oka, drugą w pobliżu lewej i prawej skroni.
• Skonfiguruj program do rejestracji i przeglądania mierzonego sygnału w czasie rzeczywistym.
• Wykonaj ruch oczami w górę i opisz zarejestrowany sygnał.
• Wykonaj ruch oczami w dół i opisz zarejestrowany sygnał.
• Wykonaj wolicjonalne mrugnięcie i opisz zarejestrowany sygnał.
• Przeczytaj fragment tekstu, zaobserwuj efekty związane z ruchem sakadowym oka.
• Zarejestruj też fragment sygnału "spoczynkowego" w trakcie którego mrugnięcia będą mimowolne/automatyczne.

Wyświetl te sygnały w programie napisanym samodzielnie, rozważ efekty stosowania filtra grórnoprzepustowego.

• Przetestuj co dzieje się z sygnałami dla filtrów górnoprzepustowych o częstościach odcięcia 0.1, 0.25, 0.5, 1, 2, 4 Hz.
• Dla wybranego filtru górnoprzepustowego zbadaj wpływ filtrowania dolnoprzepustowego dla częstości odcięcia 15 i 30 Hz.
• Swoje badania zilustruj przedstawiając wybrane fragmenty przefiltrowanych sygnałów
• Czy możesz rozróżnić mrugnięcia mimowolne od wolicjonalnych?

Ćwiczenie II: dekoder sakad

Napisz program wyświetlający na macierzy 5x5 następujące sekwencje:

• kwadrat środkowy - kwadrat górny - kwadrat środkowy
• kwadrat środkowy - kwadrat prawy - kwadrat środkowy
• kwadrat środkowy - kwadrat dolny - kwadrat środkowy
• kwadrat środkowy - kwadrat lewy - kwadrat środkowy

Zapisuj do pliku tekstowego czasy i kody poszczególnych sekwencji. Powtórz po kilkanaście sekwencji całości.

• Wyświetl te sygnały w programie napisanym samodzielnie, bez stosowania filtra grórnoprzepustowego i z użyciem wybranego w ćwiczeniu I filtra.
• Potnij sygnały wg. tagów, tak że początek fragmentu jest początkiem taga "kwadrat środkowy" rozpoczynającego sekwencję, a koniec końcem taga "kwadrat środkowy kończącego sekwencję".
• Nałóż uzyskane fragmenty danego typu sekwencji na siebie.
• Zaobserwuj prawidłowości (wzorce) występujące dla poszczególnych sekwencji.
• Zaprojektuj detektor, wykrywający, która sekwencja została wykonana.
• Przetestuj go na zebranym sygnale.

Ćwiczenie III: interfejs 'sakadowy'

Sygnał EOG można też wykorzystać do konstrukcji interfejsów [[1]].

Zrealizuj prosty system do analizy on-line ruchu gałki ocznej, modyfikując detektor z poprzedniego ćwiczenia. W najprostszej wersji system ma wypisywać w terminalu wykryty kierunek sakady.

Wykorzystamy kod pokazany w ćwiczeniu: https://brain.fuw.edu.pl/edu/index.php/Laboratorium_EEG/Wprowadzenie_do_syg_online#.C4.86wiczenie:_Wykorzystanie_pomiaru_EMG_do_sterowania_on-line

Przetestuj moduł

• Umieść elektrody do rejestracji ruchu gałki ocznej jak w ćwiczeniu I i przetestuj działanie modułu. Miłej zabawy :-)