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

Ogólnym celem niniejszej procedury jest porównanie efektywności neuronalnej uczestników rozwiązujących zestawy zadań wymagających zdolności przestrzennych. Metoda ta pozwala odpowiedzieć na kluczowe pytania w obszarze edukacji inżynieryjnej, takie jak: czy studenci mogą zdobyć biegłość w podstawowych zagadnieniach w ciągu jednego semestru? Lub: w jaki sposób pomiary neurologiczne różnią się, gdy studenci rozwiązują problem z wykorzystaniem zdolności przestrzennych, a gdy rozwiązują problem inżynieryjny?

Główną zaletą tej techniki jest to, że pozwala ona zrozumieć efektywność pracy mózgu. Te informacje możemy następnie zestawić z wynikami uczniów. Chociaż metoda ta dostarcza wglądu w zdolności przestrzenne oraz rozwiązywanie problemów z zakresu statyki, można ją zastosować również do pomiaru innych umiejętności i typów zadań, takich jak te występujące w zaawansowanej dynamice.

Procedurę zaprezentuje Bradley Robinson, student prowadzący badania w laboratorium. Steven Wood, również student prowadzący badania w naszym zespole, będzie odbiorcą protokołu, który prezentujemy dzisiaj. Należy rozpocząć od przygotowania zestawów do elektroencefalografii (EEG) zgodnie z instrukcjami producenta.

Przynajmniej dwa zestawy słuchawek powinny być ładowane przez co najmniej godzinę przed każdą sesją. Przygotuj płyn do zwilżania elektrod EEG oraz środek ścierny, aby zapewnić dobry kontakt z elektrodami referencyjnymi EEG. Następnie włóż filce do każdej obudowy i za pomocą strzykawki nasącz je płynem zwilżającym.

Pozostawić zwilżone elektrody do odpoczynku. Ustawić dwie kamery wideo w celu pomiaru zachowania uczestników. Regulujemy kamery po zajęciu miejsca przez uczestnika i upewniamy się, że nagranie wideo posiada znacznik czasu.

Na koniec włącz komputer i sprawdź, czy oprogramowanie do rejestracji danych fal mózgowych jest uruchomione. Upewnij się, że całe oprogramowanie oraz urządzenia do gromadzenia danych współpracują prawidłowo w celu przeprowadzenia pomiarów. Po przybyciu uczestnika odprowadź go do pomieszczenia EEG.

Poproś uczestnika o usunięcie z siebie wszelkich urządzeń elektronicznych. Zademonstruj użycie strzykawki do nasycenia elektrod i wyjaśnij, że będą one służyć jedynie do zwilżenia filcowych stempli EEG. Sprawdź wilgotność filców, a następnie umieść kombinacje filców w obudowach w zestawie EEG.

Następnie oczyść punkty referencyjne na ciele uczestnika za pomocą środka ściernego i usuń wszelkie pozostałości. Załóż uczestnikowi zestaw słuchawkowy EEG. Dopasuj elektrody referencyjne zestawu do punktów referencyjnych na głowie uczestnika.

Nie należy nadmiernie wyginać ramion zestawu słuchawkowego; należy pozostawić odstęp między węzłem referencyjnym a tylną częścią ucha, aby uniknąć dyskomfortu. Na koniec, po zajęciu miejsca przez uczestnika, należy ponownie wyregulować kamery i upewnić się, że nagranie wideo posiada znacznik czasu. Jedną z kamer należy skierować na twarz uczestnika, aby zarejestrować mimikę oraz wysokiej jakości dźwięk.

Skieruj drugą kamerę na obszar przed uczestnikiem, aby zarejestrować ruchy rąk, w tym czynność pisania, a także aby widzieć, jakie zadanie wyświetla się na ekranie komputera. Rozpocznij rejestrację danych w oprogramowaniu do zapisu EEG. Upewnij się, że istnieje dobre połączenie między urządzeniem rejestrującym a zestawem słuchawkowym EEG, sprawdzając, czy wszystkie kanały są wyświetlane na urządzeniu rejestrującym.

Upewnij się, że wszystkie kanały początkowo wykazują podobne zachowanie z oscylacjami o niskiej amplitudzie. Następnie, bezpośrednio przed okresami odpoczynku i przed rozpoczęciem każdego nowego typu problemu, sprawdź EEG, aby zapewnić dobrą łączność z uczestnikiem, ponownie podłączając i dopasowując elektrody filcowe w celu uzyskania spójnych wzorców na urządzeniu rejestrującym. Poleć uczestnikowi, aby podczas wykonywania ćwiczeń pozostawał w możliwie najmniejszym ruchu i ciszy.

Poinformuj ich, że podczas gromadzenia danych cała zaplanowana komunikacja wizualna będzie odbywać się za pośrednictwem monitora komputera. Uruchom oprogramowanie do prezentacji zadań. Wyznacz okresy odpoczynku na początku i na końcu gromadzenia danych, które posłużą do uzyskania danych podstawowych.

Wyświetl pierwszy typ zadania przestrzennego, którym jest albo test wielokrotnego wyboru, albo zadanie z rotacją typu prawda/fałsz. Następnie wyświetl drugi typ zadania przestrzennego, będący albo testem wielokrotnego wyboru, albo zadaniem z mentalnego cięcia typu prawda/fałsz. Następnie wyświetl typ zadania inżynieryjnego, skoncentrowanego na konkretnych zasadach statyki budowli.

Po zakończeniu zadań należy zdjąć zestaw EEG. Dodatkowo należy wyłączyć oprogramowanie do prezentacji zadań, oprogramowanie do rejestracji EEG oraz sprzęt do nagrywania wideo. Na koniec należy podziękować uczestnikowi, przedstawić mu informacje o ewentualnych przyszłych kontaktach oraz wyjaśnić, w jaki sposób wyniki badania mogą zostać mu udostępnione w przyszłości.

Czapka EEG zbiera sygnały aktywacji mózgu poprzez potencjały elektryczne, w których pewne artefakty w danych, a także zdublowane zdarzenia, muszą zostać ręcznie usunięte, tak jak pokazano tutaj. Po przeprowadzeniu analizy niezależnych komponentów oprogramowanie może zmapować dane na reprezentację aktywacji na powierzchni skóry głowy oraz na dwuwymiarowy ciągły wykres aktywacji, uporządkowany według prób i czasu. Po opanowaniu tej techniki, procedura może zostać wykonana w czasie od 45 minut do godziny.

Należy mieć na uwadze, że zależy to od szybkości rozwiązywania problemów przez uczestnika. Podczas wykonywania tej procedury ważne jest, aby upewnić się, że EEG ma dobrą łączność z głową uczestnika, zazwyczaj poprzez utrzymanie kontaktu elektrod z powierzchnią skóry. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać gruntowną wiedzę na temat gromadzenia danych EEG do badań nad wydajnością neuronalną, poprzez konfigurację urządzenia EEG oraz zbieranie danych od uczestników.