Tło
Refleksy nie wymagają myślenia. Są automatyczne, szybkie i mają ogromne znaczenie dla zdolności człowieka do skutecznego reagowania na otoczenie. Pomimo wspaniałej mocy przetwarzania informacji przez miliardy neuronów w naszym mózgu, potrzebujemy, aby wiele rzeczy było wykonywanych automatycznie. Bez odruchów, nasze mózgi byłyby przeciążone martwieniem się o ciągłe aktualizowanie pozycji naszych niestabilnych ciał, aby utrzymać nas w pozycji pionowej. Bez odruchów, nasza zdolność do angażowania się w złożone myśli (czarne dziury, neuronauki, co robić w ten weekend, jak zrobić oprzyrządowany młotek odruchowy?) byłaby ograniczona. Bez odruchów, twoje reakcje na bolesne bodźce wymagałyby myślenia, i… nie bierz tego do siebie… ale myślisz bardzo powoli… Nie czuj się źle, wszyscy ludzie są powolnymi myślicielami, a my potrzebujemy większej szybkości, by reagować na niebezpieczne bolesne bodźce. Więc pozwalamy naszemu rdzeniowi kręgowemu wykonywać tę szybką pracę za nas.
Jednym z przykładów odruchu jest odruch rozciągania rzepki. Nasz rdzeń kręgowy współpracuje z czujnikami w naszych mięśniach, zwanymi wrzecionami mięśniowymi, aby śledzić, gdzie nasze ciała znajdują się w przestrzeni i jak rozciągnięte lub skurczone są nasze mięśnie. Sposób, w jaki te czujniki oddziałują na nasz rdzeń kręgowy, odbywa się za pośrednictwem drogi odruchowej. Rozciąganie mięśnia aktywuje wrzeciono mięśniowe na końcu neuronu czuciowego (osadzonego w mięśniu) i rozpoczyna odruch. Odruch ma zapobiec nadmiernemu rozciągnięciu mięśnia i kompensuje to skurczem.
Jak widać, istnieje tylko jedno połączenie (synapsa) potrzebne do tego, aby informacja z neuronu czuciowego dotarła do neuronu ruchowego i spowodowała skurcz mięśnia. Ze względu na tę pojedynczą synapsę, może to nastąpić bardzo szybko. U młodej, zdrowej osoby potrzeba 15-30 milisekund, aby bodziec rozciągający spowodował skurcz mięśnia, dla porównania mrugnięcie okiem w odpowiedzi na bodziec zajmuje 5-10 razy tyle czasu, czyli 150-300 milisekund. Jest to bardzo przydatne do korygowania długości mięśni w odpowiedzi na gwałtowne zmiany, takie jak poślizg lub potknięcie. Takie sytuacje wymagają bardzo szybkich korekt, aby zapobiec upadkowi i kontuzji. Gdybyś musiał świadomie zgiąć nogę w odpowiedzi na rozciągnięcie nogi (reakcja), byłoby to znacznie wolniejsze niż 15-30 sekund odruchu.
Spróbujmy teraz zmierzyć ten odruch! I może zmierzmy też reakcję!
Zanim zaczniesz, upewnij się, że masz zainstalowany program Backyard Brains Spike Recorder na swoim komputerze/smartfonie/tablecie. Program Backyard Brains Spike Recorder pozwala na wizualizację i zapisywanie danych na komputerze podczas wykonywania eksperymentów. Stworzyliśmy również prosty poradnik laboratoryjny, który pomoże Ci w tabelowaniu danych.
Uaktualnione Firmware
Jeśli zakupiłeś swój Muscle SpikerBox Pro przed lutym 2019r, będziesz musiał postępować zgodnie z instrukcjami aktualizacji oprogramowania sprzętowego
Wideo
Materiały do druku
Jeśli szukasz pliku PDF do wydrukowania i bazgrania lub google doc do edycji, sprawdź to repozytorium zasobów do druku tutaj!
Doświadczenie
W tym eksperymencie przyjrzymy się sygnałowi elektromiograficznemu w mięśniu prostym udowym, jednym z mięśni w grupie mięśni czworogłowych udowych. Wywołamy odruch za pomocą uderzenia w ścięgno rzepki. Jest to ten sam test, który jest wykonywany podczas wizyty u lekarza (lekarze używają go jako szybkiego testu do określenia stanu zdrowia dróg kręgowych – problemy mogą być symptomem chorób nerwowo-mięśniowych).
- Ustaw Muscle SpikerBox Pro za pomocą smartfona lub komputera z aplikacją Spike Recorder.
- Podłącz kabel USB od urządzenia Muscle SpikerBox Pro do komputera. Otwórz aplikację Spike Recorder i włącz Muscle SpikerBox Pro. Ikona USB powinna pojawić się na głównym ekranie SpikeRecorder. Kliknij na nią, aby połączyć się z twoim Muscle SpikerBox Pro. (Uwaga: Jeśli używasz tabletu, smartfona, i/lub zwykłego Muscle SpikerBox, możesz połączyć się z tabletem/smartfonem/komputerem za pomocą zielonego kabla audio do smartfona.
- Poproś uczestnika, aby usiadł na stabilnej powierzchni na tyle wysoko, aby jego nogi i stopy swobodnie zwisały.
- Poproś uczestnika, aby skurczył mięsień czworogłowy (prostownik kolana), abyś mógł umieścić dwie elektrody po obu stronach kolana, jak pokazano poniżej. Jedna elektroda na Vastus Medialis, jedna na Vastus Lateralis. Umieść elektrodę samoprzylepną z ziemią na grzbiecie dłoni.
- Zatrzaśnij czerwone przewody pomarańczowego kabla mięśniowego elektrod na mięśniu uda, a czarny przewód na ziemi na zewnętrznej części dłoni.
- Uzyskanie dobrej jakości sygnału mięśniowego jest naprawdę ważne dla tego eksperymentu. Sprawdź, czy uzyskasz dobry sygnał EMG przy dość niewielkim skurczu, prosząc badanego o wyprostowanie kolana wbrew oporowi. Słaby sygnał? Wyreguluj powiększenie pionowe w SpikeRecorder. Jeśli to nadal nie pomoże, dostosuj umiejscowienie elektrod.
- Jak również, jeśli nadal nie uzyskujesz bardzo wyraźnego sygnału, nie krępuj się eksperymentować z miejscem umieszczenia elektrody uziemiającej. Możesz również wejść w ustawienia SpikeRecorder i ustawić próg sygnału od 70 do 1500, oraz zaznaczyć pole przy „60hz”, aby odfiltrować więcej szumu.
- Zlokalizuj część ścięgna rzepki tuż poniżej rzepki i powyżej miejsca, gdzie wchodzi ono w kość goleni. Najlepszym miejscem do stuknięcia jest tuż poniżej rzepki. Jeśli lubisz tę osobę, unikaj uderzania w rzepkę, ponieważ… ała! Użyj szybkiego, mocnego stuknięcia w ścięgno, aby wywołać mimowolne kopnięcie. Eksperymentuj z małymi zmianami w lokalizacji i sile uderzenia. Znajdź swój ulubiony punkt.
- Jeśli dobrze umieścisz elektrody i zastosujesz inteligentne stuknięcie w ścięgno rzepki, powinieneś zobaczyć coś takiego (Uwaga, to będzie małe! Może być konieczne powiększenie):
- Zrób nagranie i powiększ jeden z sygnałów odruchowych. Możesz zobaczyć, że sygnał EMG wygląda tak samo jak inne EMG, które widziałeś:
- Gratulacje! Możesz teraz zarejestrować odpowiedź mięśniową na odruch rzepkowy. Ale jak możemy zmierzyć różnicę czasu pomiędzy uderzeniem młotka a zgięciem mięśnia?
Pomiar czasu odruchu
- Tak! Możemy zmierzyć czas odruchu za pomocą Backyard Brains Reflex Hammer – zestawu rozszerzającego dla Muscle SpikerBox Pro.
- Podłącz Reflex Hammer do Muscle SpikerBox Pro. Jeśli jesteś już podłączony do SpikeRecorder, powinieneś zobaczyć drugi kanał pojawiający się w nagraniu! Poruszaj młotkiem… a następnie delikatnie uderzaj nim o pobliską przeszkodę lub przeciwnika. Obserwuj w SpikeRecorder, jak akcelerometr w Reflex Hammer wytwarza wspaniałe machnięcia i kolce!
- Teraz poproś uczestnika, by usiadł wysoko, tak by jego nogi dyndały. Również, i to jest ważne, niech twój obiekt zamknie oczy lub spojrzy w dal, aby nie mógł przewidzieć młotka.
- Zacznij eksperymentować! W zależności od tego, jak wolisz to opisać, daj swojemu obiektowi kilka mocnych uderzeń, lub delikatnych uderzeń, poniżej rzepki. Gdy znajdziesz odpowiedni punkt, powinieneś być w stanie wywołać odruch kopnięcia nogą!
- Powiększ obraz za pomocą przycisków dotykowych lub kółka myszy. Możesz zmierzyć czas odruchu mierząc różnicę pomiędzy uderzeniem młotka a napięciem mięśni w odpowiedzi! Uderzenie młotka jest wtedy, gdy akcelerometr w młotku odruchowym doświadcza największego stopnia (de)przyspieszenia, więc ustaw zapis EMG do najwcześniejszego „pionowego” znaku na odczycie akcelerometru – patrz zdjęcie przed. Możesz użyć linku do prospektu powyżej, aby mieć formularz, który pozwoli Ci łatwo zestawić dane.
Porównaj z Czasem Reakcji
- Możemy zmierzyć i porównać różnicę czasu pomiędzy „obwodami mózgu” (reakcja) i „obwodami rdzenia kręgowego” (odruch) za pomocą tego zestawu!
- Użyj drugiego kanału urządzenia Muscle SpikerBox Pro do nagrywania z drugiej nogi z tym samym umiejscowieniem elektrod.
- Powiedz badanemu, aby ponownie zamknął oczy. Powiedz im, aby kopnęli drugą nogę, gdy poczują, że młotek uderza w tę samą nogę, z której nagrywałeś poprzednio.
- Porównaj odruch jednej nogi z reakcją drugiej! Powinieneś zauważyć, że reakcja jest dramatycznie wolniejsza niż odruch. Jak myślisz, dlaczego tak jest? (Myślimy, że znasz odpowiedź!)
Jeśli posiadasz Czasomierz Reakcji i przeprowadziłeś eksperyment Jak Szybko Twoje Ciało Może Zareagować?”, porównaj swoje wyniki i zobacz jak Czas Odruchu i Reakcji mają się do siebie. Nie masz Czasomierza Reakcji? Cóż, możesz również nagrać prosty test czasu reakcji za pomocą tego zestawu!
Sugestie rozwiązywania problemów
Między badanymi istnieje duża zmienność w tym, jak dobrze można zobaczyć sygnał EMG. W ostateczności, może być konieczne wypróbowanie demonstracji z innym ochotnikiem. Jeśli nadal masz problemy, może być konieczne przesunięcie umiejscowienia elektrod. Nagrywanie wyłącznie z vastus medialis lub lateralis może również działać dobrze. Zobacz poniżej:
Medialis
Lateralis
- Wciąż masz problemy? Spróbuj umieścić elektrody jeszcze dalej, na bocznej lub przyśrodkowej stronie nogi.
- Jeśli jesteś podłączony do gniazdka ściennego, wejdź w ustawienia i zaznacz pole z napisem „60hz”, aby odfiltrować zakłócenia elektryczne.
- Upewnij się, że twój młotek nie uderza w jeden z czerwonych przewodów!