Har du noen gang hørt om hjernebølger og kanskje lurt på hva de er? I denne artikkelen vil vi forklare hva hjernebølger er, hvordan de kan måles i laboratoriet og i klasserommet, og hvorfor det er interessant å måle dem.

EEG: Måling Av Elektrisk Aktivitet i Hjernen

cellene i hjernen din kalles nevroner, og hjernen din har omtrent 86 milliarder av dem. Disse nevronene er veldig chatty, akkurat som studenter i et klasserom. I stedet for å bruke ord, kommuniserer nevroner via små elektriske signaler som de genererer. Disse signalene går opp og ned i intensitet, som ligner bølger: dette er hjernebølgene dine. Vi kan måle hjernebølger ved hjelp av en teknikk som kalles elektroencefalografi (EEG), der små detektorer, kalt elektroder, plasseres på en persons hode . Vanligvis er alle disse elektrodene (opptil 256!) holdes på plass av en hette, selv om bærbare enheter nylig er utviklet som bruker færre elektroder, i mer avanserte hodesett. EEG kan ikke måle den elektriske aktiviteten til individuelle hjerneceller, fordi de elektriske strømmene som en nevron genererer er for små. Disse strømmene kan bare måles når mange nevroner overfører lignende elektriske signaler samtidig. Tenk deg en musikkfestival med tusenvis av mennesker. Når bare en person klapper, vil bandet på scenen ikke høre det, men når hele publikum klapper på samme tid, vil de sikkert.

Hjernebølger: Langsomme og Raske

hjernebølger varierer i hastighet. Du kan tenke på langsomme hjernebølger som store bølger i havet, flytte et skip opp og ned, og raske hjernebølger som små krusninger på vannoverflaten. NÅR VI bruker EEG, får vi en blanding av raske og langsomme hjernebølger som skjer samtidig.

så hvorfor er dette interessant? Tenk deg selv tidlig om morgenen, ikke helt våken og fortsatt drømmende. Hvis vi målte hjernebølgene dine MED EEG i det øyeblikket, ville vi se relativt sakte hjernebølger. Forestill deg nå at du er på skolen og tar en eksamen, med fokus på intens. I denne situasjonen kan vi oppdage raskere hjernebølger. Disse eksemplene viser at hastigheten på hjernebølgene er relatert til tilstanden du er i. Hastigheten til hjernebølger kalles frekvensen. Vi kan identifisere ulike frekvensområder ved HJELP AV EEG. For Eksempel Svarer Deltaområdet til relativt sakte hjernebølger som går opp og ned 1-4 ganger i et sekund, eller 1-4 Hertz (Hz), som er frekvensenheten. Figur 1 viser en oversikt over frekvensområder (også kalt frekvensbånd) og hvordan de relaterer seg til din mentale tilstand.

Utover Sakte Og Rask: Hendelsesrelaterte Potensialer

SELV OM EEG-frekvensbånd er veldig interessante, kan IKKE alle spørsmål besvares ved å undersøke dem. For eksempel, hva om du vil vite hvordan hjernen forstår ordene du hører eller hvordan den styrer impulser, som ikke å slå din yngre søster hvis hun gjør deg sint? For slike spørsmål analyserer forskere hjernebølger på en annen måte: ved å beregne hendelsesrelatert potensial eller ERP. Erp er de elektriske hjerneresponsene på bestemte hendelser, for eksempel å lese et ord eller kontrollere en impuls. I ERP-metoden undersøkes delene AV eeg-signalet forårsaket av disse spesifikke hendelsene. FOR å bruke DENNE metoden registreres EEG mens deltakeren utfører en datastyrt oppgave som er spesielt utviklet for å studere en bestemt funksjon av hjernen, for eksempel impulskontroll.

her er en beskrivelse av en slik oppgave, kalt en» Go/No-Go » oppgave (Figur 2). Ulike bokstaver vises på skjermen, en etter en. En » X «betyr» trykk på knappen » (Gå!), og En» O «betyr» ikke trykk på knappen » (No Go!). «X» i denne oppgaven presenteres mye oftere enn» O», slik at deltakerne automatisk forbereder seg på å svare når et brev vises på skjermen-til Og med En «O» – Deltakere må kontrollere sin impuls for å trykke på knappen i tilfelle En «O». når oppgaven er over, undersøker forskerne EEG som er registrert under presentasjonene Av X – og O-ene på skjermen. Kan du gjette hvilket brev de er mest interessert i?

Forskere er mest interessert I eeg-svaret på «O» s, fordi dette er når deltakeren må kontrollere impulsen for å trykke på knappen. For å undersøke hjernens respons På » O «s, isolerer forskeren EEG-responsen på hver presentasjon av En» O » og gjennomsnitt alle disse svarene sammen. Det gjennomsnittlige EEG-svaret på denne spesifikke hendelsen er ERP, og det gjenspeiler hjernens forsøk på å kontrollere en impuls. Du kan tenke på prosessen med å beregne ERP som en sil, filtrere ut deler AV EEG-signalet som ikke er av interesse, og bare etterlate signalene som forskerne er mest interessert i.

Begrensningene I Laboratorieeksperimenter

Forskere har lært mye om hvordan hjernen fungerer fra Å gjøre eeg-og erp-eksperimenter i laboratorier. Når vi gjør slike eksperimenter, måler vi vanligvis hjerneaktivitet når folk utfører datastyrte oppgaver. Slike oppgaver er utformet for å måle en bestemt hjernefunksjon, for eksempel å lese ord, gjøre aritmetiske eller kontrollere impulser. Vanligvis er slike laboratorieoppgaver ganske forskjellige fra ting vi gjør i vårt daglige liv.tenk for eksempel på oppgaven med de hyppige » X «s og sjeldne» O » s som brukes til å studere impulskontroll. Er dette det samme som å kontrollere impulser for å bevege seg rundt eller å chatte med en annen student mens læreren din gir instruksjoner? I eeg-laboratoriet ville du sitte alene, i et stille rom, gjøre en oppgave som å trykke på knapper og noen ganger prøver å ikke trykke på en knapp. Dette laboratorieeksperimentet kan fortelle oss noen ting om hvordan hjernen styrer impulser, men hva sier det om hvordan barn håndterer impulser på skolen? Dette er en begrensning av laboratorieeksperimenter: de måler hjernens aktivitet i ganske unaturlige situasjoner .

Bruke Bærbar EEG i Klasserommet

Et annet aspekt av menneskelig atferd som er vanskelig å studere i et laboratorium er hvordan folk samhandler med hverandre, for eksempel måten elevene samhandler med hverandre på skolen. Laboratorieforsøk er svært begrenset til å svare på dette spørsmålet, men den siste utviklingen i bærbar EEG tillater nå forskere å utføre hjerneforskning utenfor laboratoriet.

dette er akkurat hva et team av forskere ved New York University gjorde nylig . De samarbeidet med en lokal videregående skole og målte hjernens aktivitet hos en lærer og en gruppe studenter i løpet av 11 biologi leksjoner (Figur 3a). I hver leksjon deltok studentene i ulike læringsaktiviteter, for eksempel forelesninger, instruksjonsvideoer og gruppediskusjoner. Forskerne fant at i løpet av disse klasseromsaktivitetene var studentenes hjernebølger synkronisert. Med andre ord, deres hjernebølger gikk opp og ned sammen, synkronisert. Enda mer interessant var studenter som rapporterte å være mer engasjert i klassen enda mer synkronisert med de andre studentene (Figur 3b).

Bærbare EEG-enheter er spennende fordi De kan brukes ikke bare til forskning, men også til undervisningsformål. I» BrainWaves», et neuroscience high school-program som ble utviklet Ved New York University, bruker studentene EEG for å lære om sine egne hjerner, og om hvordan nevrovitenskap fungerer. Studentene jobber med en forsker for å utvikle egne forskningsprosjekter. FOR eksempel kan DE bruke EEG til å utforske hvordan hjernen reagerer på bilder av kjente og ikke-kjente ansikter, eller hvordan lytte til musikk påvirker vår evne til å konsentrere seg.Bærbar EEG ble ikke oppfunnet for å erstatte laboratorie EEG-forskning. Snarere kompletterer den laboratorieforskning ved å gi innsikt i hjerneprosesser i daglige situasjoner. Men fordelen med å studere hjernen i en mer naturlig setting kommer med noen avveininger. Kvaliteten på dataene som samles inn av bærbar EEG, er ikke så høy som dataene som samles inn i laboratoriet, fordi bærbare enheter har langt færre elektroder og deltakerne beveger seg mer. Også miljøet utenfor laboratoriet er ikke under forskerens kontroll, så de eksperimentelle resultatene kan være vanskeligere å tolke.

Høres Dette Ut Som Science Fiction?

Så, etter å ha lest alt dette, hva synes du? Vil du være interessert i å ha EN EEG-enhet i klasserommet ditt, eller finner du denne tanken litt skummelt? Vel, for å berolige deg, så langt gir bærbar EEG bare et generelt mål for hjernens aktivitet. EEG kan absolutt ikke lese tankene dine. Så, du trenger ikke å bekymre deg for at forskere eller læreren din kan lese tankene dine hvis du noen gang setter på en AV DISSE EEG-enhetene på skolen din. Vi ønsker å forsikre deg om at tankene lesing er fortsatt science fiction!noen kommersielle selskaper som lager OG selger EEG-enheter hevder at EEG kan brukes til å overvåke studenter, ved å lese styrken til forskjellige hjernebølger og dekode dette til «konsentrert» eller » distrahert.»Vi tror ikke dette er en veldig god ide, av ulike grunner . Først må vi gjøre mye mer forskning før vi forstår nok om HVA EEG-signalene betyr når det gjelder hjernefunksjoner. For det andre trenger studentene ikke nødvendigvis å konsentrere seg hele tiden. Vi vet at hjernen også trenger litt tid til å hvile, og tankevandring kan faktisk være nyttig for læring .

Konklusjon

Bærbare EEG-enheter gir noen gode muligheter, for eksempel evnen til å studere hvordan hjernen fungerer i naturlige miljøer, som klasserom. Studier av hjernen i naturlige situasjoner kan spesielt være til nytte for vår forståelse av sosiale interaksjoner, da bærbar EEG kan brukes til å måle hjernens aktivitet hos flere personer samtidig, mens de samhandler med hverandre. Videre kan bærbar EEG også hjelpe elevene til å bedre forstå hvordan hjernen fungerer. Men vitenskapen utvikler seg i små skritt, så la oss tenke på å lese for science fiction-filmer, og i mellomtiden diskutere om vi noen gang vil ønske at det skal være en realitet .

Ordliste

Hjernebølger: Sykluser av elektriske strømmer generert av grupper av nevroner som er aktive samtidig.Neuroner: cellene i hjernen din som kommuniserer med hverandre ved å overføre elektriske signaler.EEG: Elektroencefalografi, en teknikk der små detektorer, kalt elektroder, plasseres på en persons hodebunn ved hjelp av en hette eller et hodesett. EEG måler den elektriske aktiviteten til grupper av nevroner som overfører lignende elektriske signaler samtidig.Elektrode: En detektor plassert i hodebunnen, brukt I EEG for å registrere elektriske strømmer generert av nevroner i hjernen.Frekvens: Hastighet på en hjernebølge; antall ganger en hjernebølge går opp og ned i 1 s. frekvensenheten I Hertz( Hz); 1 Hz betyr en syklus per sekund.

Frekvensbånd: en rekke hjernebølgefrekvenser som er forbundet med en viss mental tilstand. For eksempel kalles frekvenser i området 1-4 Hz deltabåndet, som er forbundet med dyp søvn.

ERP: Hendelsesrelatert potensial, målt VED HJELP AV EEG. Erp er de elektriske hjerneresponsene til bestemte hendelser, for eksempel å høre en lyd eller lese et ord. I ERP-metoden utfører deltakerne en datastyrt oppgave der den spesifikke hendelsen av interesse ofte gjentas. Delene AV EEG-signalet forårsaket av disse hendelsene er i gjennomsnitt sammen. Dette gjennomsnitt fører til tilfeldig hjerneaktivitet i gjennomsnitt ut og den relevante delen AV EEG å forbli; dette er ERP.

Synchrony: når hjernebølger går opp og ned sammen. Dette kan enten være innenfor en hjerne (for eksempel hjernebølger fra forskjellige deler av hjernen) eller mellom hjerner. Dette siste eksemplet kalles hjerne-til-hjerne-synkronisering.

Interessekonflikt

forfatterne erklærer at forskningen ble utført i fravær av kommersielle eller økonomiske forhold som kan tolkes som en potensiell interessekonflikt.

Takk

vi vil hjertelig takke de som hjalp til med oversettelsen av artiklene i Denne Samlingen for å gjøre dem mer tilgjengelige for barn utenfor engelsktalende land, Og For Jacobs Foundation for å gi de nødvendige midler til å oversette artiklene. NA oversatt denne artikkelen til nederlandsk.

illustrasjonen I Figur 2 er gjengitt fra Dikker et al. , Copyright (2017), med tillatelse Fra Elsevier.

Vi vil gjerne takke medlemmer og finansiører Av Emerging Field Group Portable Brain Technologies I Educational Neuroscience Research, finansiert AV EARLI Og Jacobs Foundation. NA og TJ støttes videre av Et Starting Grant fra European Research Council (#716736).BrainWaves-programmet er utviklet med støtte fra Science Education Partnership-programmet ved US National Institutes Of General Medical Sciences.