Achtergrond
Reflexen vereisen geen gedachte. Ze zijn automatisch, snel en van groot belang voor het vermogen van een mens om met succes op zijn omgeving te reageren. Ondanks de geweldige informatieverwerkingskracht van de miljarden neuronen in onze hersenen, moeten we veel dingen automatisch doen. Zonder reflexen zouden onze hersenen overbelast raken van het ons zorgen maken over het voortdurend bijwerken van de positie van ons wankele lichaam om ons rechtop te houden. Zonder reflexen zou ons vermogen om complexe gedachten uit te voeren (zwarte gaten, neurowetenschappen, wat moet ik dit weekend doen, hoe maak ik een reflexhamer met instrumenten?) beperkt zijn. Zonder reflexen zouden je reacties op pijnlijke stimuli nadenken vereisen, en… vat het niet persoonlijk op… maar je denkt heel traag… Voel je niet slecht, alle mensen zijn trage denkers, en we hebben meer snelheid nodig om te reageren op gevaarlijke pijnprikkels. Dus laten we ons ruggenmerg dat snelle werk voor ons doen.
Een voorbeeld van een reflex is de kniepees-strekreflex. Ons ruggenmerg werkt samen met sensoren in onze spieren, spierspoeltjes genaamd, om bij te houden waar ons lichaam zich in de ruimte bevindt en hoe uitgerekt of verkrampt onze spieren zijn. De manier waarop deze sensoren samenwerken met ons ruggenmerg is via een reflexbaan. Het rekken van de spier activeert de spierspoeltje aan het uiteinde van het sensorische neuron (ingebed in je spier) en brengt de reflex op gang. De reflex moet voorkomen dat de spier te ver wordt uitgerekt en compenseert dit met een contractie.
Zoals u ziet, is er maar één verbinding (een synaps) nodig om de informatie van het sensorische neuron bij het motorische neuron te krijgen en een spiercontractie te veroorzaken. Door deze enkele synaps kan dit zeer snel gebeuren. Bij een jong, gezond persoon duurt het 15-30 milliseconden voordat de rekprikkel een spiercontractie teweegbrengt, ter vergelijking: het duurt 5-10 keer zo lang om met je ogen te knipperen als reactie op een prikkel, oftewel 150-300 milliseconden. Dit is bijzonder nuttig om uw spierlengte te corrigeren als reactie op snelle veranderingen, zoals uitglijden of struikelen. Deze situaties vereisen zeer snelle correcties om vallen en letsel te voorkomen. Als je je been bewust zou moeten buigen als reactie op de beenstrekking (een reactie) zou dat veel langzamer gaan dan de reflex van 15-30 seconden.
Laten we nu eens proberen om deze reflex te meten! En misschien ook een reactie!
Voordat u begint, moet u de Backyard Brains Spike Recorder op uw computer/smartphone/tablet hebben geïnstalleerd. Met het Backyard Brains Spike Recorder programma kunt u de gegevens visualiseren en opslaan op uw computer wanneer u experimenten uitvoert. We hebben ook een eenvoudige lab hand-out gemaakt om je te helpen je gegevens in een tabel te zetten.
Updated Firmware
Als u uw Muscle SpikerBox Pro vóór feb 2019 heeft aangeschaft, moet u de instructies voor het updaten van de firmware volgen
Video
Printmateriaal
Als u op zoek bent naar een PDF om af te drukken en op te krabbelen, of een google doc om te bewerken, bekijk dan hier deze opslagplaats van printmateriaal!
Experiment
Voor dit experiment gaan we kijken naar het elektromyografische signaal in de rectus femoris spier, een van de spieren van de quadriceps femoris groep. We lokken een reflex uit met een tik op de kniepees. Dit is dezelfde test die wordt gedaan wanneer u naar de dokter gaat (de artsen gebruiken het als een snelle test om de gezondheid van de ruggengraat te bepalen – problemen kunnen symptomatisch zijn voor neuromusculaire ziekten).
- Stel uw Muscle SpikerBox Pro in met behulp van een smartphone of computer met de Spike Recorder app.
- Sluit de USB-kabel van de Muscle SpikerBox Pro aan op de computer. Open Spike Recorder, en zet uw Muscle SpikerBox Pro aan. Een USB icoon zou moeten verschijnen op het hoofdscherm van SpikeRecorder. Klik hierop om verbinding te maken met uw Muscle SpikerBox Pro. (Opmerking: Als u een tablet, smartphone, en/of een gewone Muscle SpikerBox gebruikt, kunt u verbinding maken met uw tablet/smartphone/computer met de groene smartphone audiokabel.
- Laat de proefpersoon op een stevig oppervlak zitten dat hoog genoeg is om de onderbenen en voeten vrij te laten bungelen.
- Laat de proefpersoon de quadriceps (knie strekspier) samentrekken, zodat u er twee aan weerszijden van de knie kunt plaatsen, zoals hieronder te zien is. Een elektrode op de Vastus Medialis, een op de Vastus Lateralis. Plaats een aardelektrode op de rug van de hand.
- Klem de rode draden van je oranje spierkabel van de elektroden op de spier van je bovenbeen, en de zwarte draad op de grond op je buitenste handpalm.
- Het verkrijgen van een spiersignaal van goede kwaliteit is echt belangrijk voor dit experiment. Test om te zien of je een goed EMG-signaal krijgt met een vrij kleine contractie door de proefpersoon te vragen zijn knie te strekken tegen weerstand. Slecht signaal? Pas de verticale zoom aan op SpikeRecorder. Als dat nog steeds niet helpt, pas dan de plaatsing van de elektroden aan.
- Als u nog steeds geen duidelijk signaal krijgt, kunt u experimenteren met de plaats van de massa-elektrode. U kunt ook naar de SpikeRecorder instellingen gaan en de signaal drempel instellen van 70 tot 1500, en het vakje bij “60hz” aanvinken om meer ruis weg te filteren.
- Locate het deel van de kniepees net onder de knieschijf en boven waar het in het scheenbeen invoegt. De beste plaats om erop te tikken is net onder de knieschijf. Als je van deze persoon houdt, vermijd dan het raken van de knieschijf, want…au! Gebruik een snelle, stevige tik op de pees om een onvrijwillige trap uit te lokken. Experimenteer met kleine veranderingen in plaats en kracht van de tik. Zoek de juiste plek.
- Als je de elektroden goed hebt geplaatst en een tikje op de kniepees geeft, zou je zoiets als dit moeten zien (Let op, het is klein! Mogelijk moet u inzoomen):
- Maak een opname en zoom in op een van de reflexsignalen. U kunt zien dat het EMG-signaal veel lijkt op andere EMG’s die u hebt gezien:
- Gefeliciteerd! U kunt nu de spierrespons op de patellaire reflex registreren. Maar hoe kunnen we het tijdsverschil meten tussen het moment dat de hamer slaat en de spier buigt?
Reflextijd meten
- Ja! We kunnen de reflextijd meten met de Backyard Brains Reflex Hammer – een uitbreidingskit voor de Muscle SpikerBox Pro.
- Laat de proefpersoon nu hoog zitten, zodat zijn benen bungelen. Ook, en dit is belangrijk, laat je onderwerp de ogen sluiten of wegkijken, zodat ze niet kunnen anticiperen op de hamer.
- Begin met experimenteren! Afhankelijk van hoe je het wilt omschrijven, geef je je onderwerp enkele krachtige tikken, of zachte slagen, onder hun knieschijf. Als je de juiste plek hebt gevonden, moet je de been-schopreflex kunnen opwekken!
- Zoom in met aanraakbediening of het wieltje van je muis. Je kunt de reflextijd meten door het verschil te meten tussen de piek wanneer de hamer slaat en de spieren zich spannen als reactie! De hamerslag is het moment waarop de versnellingsmeter in de reflexhamer de grootste mate van (de)versnelling ondervindt, dus zet de EMG-opname gelijk aan de vroegste “verticale” markering op de versnellingsmeteraflezing – zie de foto hiervoor. Je kunt de handout-link hierboven gebruiken om een formulier te maken waarmee je de gegevens gemakkelijk in een tabel kunt zetten.
Stekker de Reflex Hammer in de Muscle SpikerBox Pro. Als u al bent aangesloten op SpikeRecorder, moet u een tweede kanaal in de opname zien verschijnen! Geef de hamer een zwaai… en sla hem dan zachtjes tegen een obstakel of vijand in de buurt. Kijk in SpikeRecorder hoe de versnellingsmeter in de reflexhamer voor geweldige wiebels en pieken zorgt!
Vergelijken met Reactietijd
- We kunnen met deze opstelling het tijdsverschil tussen “hersencircuits” (reactie) en “ruggenmergcircuits” (reflex) meten en vergelijken!
- Gebruik het tweede kanaal van de Muscle SpikerBox Pro om op te nemen van uw andere been met dezelfde elektrode plaatsing.
- Vertel de proefpersoon om hun ogen weer te sluiten. Vertel hen om hun andere been te schoppen wanneer ze de hamer voelen tikken op hetzelfde been waarvan u eerder opnames had gemaakt.
- Vergelijk de reflex van het ene been met de reactie van het andere! Je zou moeten zien dat de reactie dramatisch langzamer is dan de reflex. Waarom denk je dat dat is? (Wij denken dat u het antwoord wel weet!)
Als je de Reactietimer hebt en het experiment Hoe snel kan je lichaam reageren?” hebt uitgevoerd, vergelijk dan je bevindingen en zie hoe Reflex- en Reactietijden zich tot elkaar verhouden. Heb je de reactietimer niet? Je kunt met deze opstelling ook een eenvoudige reactietijdtest doen!
Suggesties voor probleemoplossing
Er is een grote variabiliteit tussen proefpersonen in hoe goed het EMG-signaal kan worden gezien. Als laatste redmiddel kan het nodig zijn de demonstratie met een andere vrijwilliger te proberen. Als u nog steeds problemen hebt, kan het nodig zijn om de plaatsing van de elektroden te verplaatsen. Opname strikt van de vastus medialis of lateralis kan ook goed werken. Zie hieronder:
Medialis
Lateralis
- Heeft u nog steeds problemen? Probeer de elektroden nog verder aan de laterale of mediale zijde van het been te plaatsen.
- Als de stekker in het stopcontact zit, vink dan in de instellingen het vakje “60hz” aan om elektrische storingen te filteren.
- Zorg ervoor dat je hamer niet op een van de rode draden slaat.