Wykorzystanie pomiarów elektroencefalografii do porównania sprawności neuronalnej specyficznej dla danego zadania: zadania z zakresu inteligencji przestrzennej

Summary

Ten manuskrypt opisuje podejście do pomiaru aktywności neuronalnej ludzi podczas rozwiązywania przestrzennie skoncentrowanych problemów inżynieryjnych. Metodologia elektroencefalogramu pomaga interpretować pomiary fal mózgowych beta pod kątem wydajności neuronalnej, aby ostatecznie umożliwić porównanie wykonania zadań zarówno między typami problemów, jak i między uczestnikami.

Abstract

Inteligencja przestrzenna jest często kojarzona z sukcesem w edukacji inżynierskiej i zawodach inżynierskich. Zastosowanie elektroencefalografii umożliwia porównawcze obliczenie wydolności neuronalnej poszczególnych osób podczas wykonywania kolejnych zadań wymagających zdolności przestrzennych do wyprowadzania rozwiązań. Wydajność neuronalna jest tutaj definiowana jako mniejsza aktywacja beta, a zatem zużywanie mniejszej ilości zasobów neuronowych w celu wykonania zadania w porównaniu z innymi grupami lub innymi zadaniami. W przypadku porównań między zadaniami o podobnym czasie trwania, pomiary te mogą umożliwić porównanie trudności typu zadania. W przypadku porównań wewnątrz i między uczestnikami, pomiary te zapewniają potencjalny wgląd w poziom zdolności przestrzennych uczestnika i różne zadania związane z rozwiązywaniem problemów inżynierskich. Wydajność w wybranych zadaniach może być analizowana i korelowana z działaniami w wersji beta. W pracy przedstawiono szczegółowy protokół badawczy badający sprawność neuronalną uczniów zajmujących się rozwiązywaniem typowych problemów zdolności przestrzennych i statyki. Studenci rozwiązywali zadania specyficzne dla Mental Cutting Test (MCT), testu Purdue Spatial Visualization of Rotations (PSVT:R) i Statyka. Podczas rozwiązywania tych problemów fale mózgowe uczestników mierzono za pomocą EEG, co pozwoliło na zebranie danych dotyczących aktywacji i wykorzystania fal mózgowych alfa i beta. Prace mają na celu skorelowanie wydajności funkcjonalnej w zadaniach czysto przestrzennych z zadaniami inżynierskimi wymagającymi dużej ilości czasu w celu zidentyfikowania ścieżek do pomyślnych wyników w inżynierii i wynikających z nich ulepszeń w edukacji inżynierskiej, które mogą nastąpić.

Introduction

Zdolności przestrzenne są niezbędne w naukach ścisłych, technologii, inżynierii i matematyce (STEM) oraz edukacji i korelują z sukcesem w tych dziedzinach^1,2,3. Dlatego ważne jest, aby zrozumieć, w jaki sposób zdolności przestrzenne wpływają na rozwiązywanie problemów⁴. Zdolności przestrzenne zostały powiązane z zainteresowaniami⁵, wydajnością⁶, sukcesem w środowisku akademickim⁷ i sukcesem specjalistów w dziedzinie inżynierii⁸. Nie ma jednak zbyt wielu prac wskazujących na konkretne procesy neuronalne w rozwiązywaniu problemów typowych dla wielu instrumentów zdolności przestrzennych, ani konkretnych tr....

Protocol

Oświadczenie etyczne dotyczące wykorzystywania uczestników przez ludzi

Procedury związane z tą pracą zostały zatwierdzone przez Instytucjonalną Komisję Rewizyjną (IRB) na Uniwersytecie Stanowym Utah w zakresie badań na ludziach. Zaleca się, aby wszelkie podobne prace były również zatwierdzane przez odpowiedni IRB. Uczestnicy mają prawo przerwać lub wycofać się z badania w dowolnym momencie trwania eksperymentu.

1. Wybór uczestników

1. Dobrowolnie wybieraj uczestników spośród studentów aktualnie zapisanych na kurs statyki. Upewnij się, że uczestnicy mieli wcześniej kontakt z treściami statycznymi, które zobaczą podczas badania.

Results

W tej sekcji poprzednie kroki są zilustrowane przykładowymi rysunkami zgodnie z poniższym opisem. Nie przedstawiono pełnych podsumowań danych wraz z testami statystycznymi, ponieważ celem niniejszego artykułu jest skupienie się na metodach. Przykłady potencjalnych problemów PSVT:R, MCT i przestrzennych przedstawiono odpowiednio na rysunku 1, rysunku 2 i rysunku 3.

Czepek EEG będzie zbierał aktywację mózgu poprzez potencjały elektryczne dla każdego danego kanału, który można oglądać ró.......

Discussion

W protokole omówiono zastosowanie elektroencefalografii do pomiaru aktywności mózgu u uczestników, którzy rozwiązują problemy związane z dwoma typowymi instrumentami zdolności przestrzennych i wysoce przestrzennymi problemami statycznymi. Opisane tutaj metody mogą ostatecznie pomóc w zrozumieniu wydajności neuronalnej osób o wysokich i niskich wynikach zaangażowanych w pracę nad tymi problemami. Ważne jest, aby zrozumieć wszelkie różnice w wydajności neuronalnej studentów inżynierii pracujących nad MCT i PSVT:R, ponieważ.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Emotiv EPOC Model 1.0	Emotiv	Model: Emotiv Premium	"Wielokanałowy, przenośny system EEG o wysokiej rozdzielczości."
Panel sterowania Emotiv (oprogramowanie)	Emotiv		Służy do zbierania danych.
Emotiv Testbench (oprogramowanie)	Emotiv		Służy do zbierania danych.
Emulator wirtualnego portu szeregowego - VSPE (oprogramowanie)	ETERLOGIC.COM		Używany COM10 do zbierania danych. Dostępne do pobrania za darmo, w zależności od systemu operacyjnego.
E-Prime 2.0 (oprogramowanie)		programowe psychologii	Służy do zbierania danych (prezentacja problemów uczestnikom i zbieranie markerów dla różnych faz).
EEGLab 13.4.4b (oprogramowanie)	Swartz Center for Computational Neuroscience (SCCN)		Służy do analizy danych. "Środowisko open source do elektrofizjologicznego przetwarzania sygnałów". SCCN jest centrum Instytutu Obliczeń Neuronowych Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego.
MATLAB R2014b	Fabryka Matematyki, Inc.		Służy do uruchamiania EEGLab
Microsoft Excel 2013	Microsoft		Służy do zestawiania i porównywania tabelarycznych wyników z EEGLab & MATLAB, do tworzenia tabel
Kamera z wbudowanym mikrofonem	Canon	CNVHFR50	Służy do nagrywania sesji
Zestaw strzykawek (strzykawka 5 cc i igły 16 G x 2)	Electro-Cap Intnl. Inc.	E7	Do utrzymywania wilgoci w nasadce EEG.
Nuprep EEG Skin Prep Gel	Weaver and Company	10-30	Do czyszczenia wyrostka sutkowatego.
Środek odkażający	Purell	S-12808	Do dezynfekcji rąk