你听说过吗脑电波也许想知道它们是什么吗?在本文中,我们将解释什么是脑电波,如何测量在实验室和教室里,衡量的和为什么它是有趣的。

脑电图:测量大脑的电活动

你的大脑被称为细胞神经元,你的大脑已经大约有860亿人。这些神经元非常健谈,就像学生在教室里。而不是使用单词,神经元通过微小的电信号,产生交流。这些信号强度上升和下降,像波:这些是你的脑电波。我们可以测量脑电波使用被称为脑电图技术(脑电图描记器)、小的探测器电极,被放置在一个人的头上1]。通常,所有这些电极(256)被一顶帽子在地方举行,尽管目前已经开发出了便携式设备使用更少的电极,在fancier-looking耳机。脑电图不能测量单个脑细胞的电活动,因为任何一个神经元产生的电流太小了。这些电流只能测量当许多神经元电信号同时传输相似。想象一个音乐节,成千上万的人。当只有一个人鼓掌,乐队在舞台上不听它,但是当整个观众鼓掌的同时,他们肯定会。

脑波:慢速和快速

脑电波变化速度。你可以想想慢脑电波如大海巨浪,一艘上下移动,和快速的脑电波小波纹在水面。当我们使用脑电图,我们得到的混合物快速和慢速脑电波发生在同一时间。

那么,为什么这是有趣的吗?想象自己在清晨,仍然不是很清醒和梦幻。如果我们测量你的脑电波与脑电图就在那一刻,我们会看到相对缓慢的脑电波。现在,想象一下你在学校考试,一心一意。在这种情况下,我们可能会发现更快的脑电波。这些例子表明,脑电波的速度相关的状态。脑电波叫做的速度频率。我们可以使用脑电图识别不同的频率范围。例如,三角洲范围对应相对缓慢的脑电波,第二,上下1 - 4次或1 - 4赫兹(Hz),这是频率的单位。图1显示了频率范围(也称为的概述频段)以及它们与你的精神状态。

在慢速和快速:与事件相关电位

尽管脑电图频段非常有趣,并不是所有的问题都可以通过检查他们回答说。例如,如果你想知道大脑如何理解听到的话语或它如何控制冲动,像不打你妹妹,如果她让你疯了吗?这些问题,研究人员分析脑电波以另一种方式:通过计算与事件相关的潜在的或ERP。erp是电子大脑对具体事件的反应,比如阅读一个词或控制一个脉冲。在ERP方法中,脑电图信号的部分由这些特定事件。使用这种方法,脑电图记录而专门设计的参与者执行计算机任务研究大脑的某些功能,例如冲动控制。

这是这样一个任务的描述,称为“去/不方便”任务(图2)。不同的字母出现在屏幕上,一个接一个。一个“X”的意思是“按下按钮”(!),和一个“O”意味着“不要按下按钮”(不走!)。提出了“X”在这个任务中更频繁地多”啊,“所以参与者自动准备回复一封信出现在screen-even“O。“参与者需要控制自己的冲动,按下按钮的一个“O。“任务结束时,研究人员检查脑电图记录在X和O的演讲在屏幕上。你能猜出哪个字母他们最感兴趣的?

研究人员最感兴趣的EEG应对“O”年代,因为这是当参与者需要控制的冲动摁下按钮。检查大脑反应“O”年代,研究人员隔离脑电图反应平均每个表示一个“O”和所有这些反应。平均脑电图响应特定事件是ERP,它反映了大脑的试图控制一个脉冲。你可以思考的过程计算ERP筛,过滤掉部分EEG信号的不感兴趣,只留下研究者们最感兴趣的信号。

实验的局限性

科学家们已经学到了很多关于大脑如何工作在实验室做脑电图和ERP实验。当我们做这样的实验,我们通常测量大脑活动当人们执行计算机的任务。这样的任务是用来衡量一个特定的大脑功能,例如阅读文字,做算术,或控制冲动。通常,这些实验室的任务完全不同于我们所做的事情在我们的日常生活中。

例如,考虑与频繁的“X”的任务和罕见的“O”年代用于研究脉冲控制。这是控制你的冲动一样移动或与另一个学生聊天当你老师给的指示?脑电图的实验室,你会独自坐着,在一个安静的房间,做一个任务按按钮和偶尔不想按下一个按钮。这个实验室实验可以告诉我们一些关于大脑如何控制冲动,但是它说关于孩子在学校处理他们的冲动吗?这是一个实验的局限性:他们测量大脑活动,而不自然的情况下2]。

使用便携式脑电图在教室里

人类行为的另一个方面,是很难在实验室研究人们如何相互作用,例如,在学校里学生彼此互动的方式。实验室实验是极其有限的回答这个问题,但最近的事态发展在便携式脑电图现在允许科学家进行外部的大脑研究实验室。

这正是纽约大学一个研究小组最近[3]。他们与当地高中,测量大脑活动的老师和一群学生在11生物学课程(图3一)。在每一堂课中,学生参与不同的学习活动,如讲座、教学视频、和小组讨论。研究人员发现,在这些课堂活动,学生的脑电波同步。换句话说,他们的脑电波走在一起,上下同步。更有趣的是,学生报道更从事类更同步与其他学生(图3 b)。

便携式脑电图设备不仅仅是令人兴奋的,因为他们可以用于研究,也为教学目的。在“脑电波”中,一个神经科学高中项目,是纽约大学开发的,学生用脑电图来了解自己的大脑,神经科学是如何运作的。学生与科学家合作,开发自己的研究项目。例如,他们可以用脑电图来探索大脑如何回应著名的图像和非面孔,或者听音乐是如何影响我们集中注意力的能力。

便携式脑电图没有发明取代实验室脑电图研究。相反,它补充了实验室研究通过提供见解在日常情况下大脑处理。但大脑研究的优势在更自然的环境中带有一些权衡。收集的数据的质量便携式脑电图不是高达收集的数据在实验室里,因为有更少的电极和参与者移动便携设备。而且,外面的环境实验室不是在研究者的控制下,所以实验结果可能更难以解释。

这听起来像科幻小说吗?

读完所有的这一切,你认为呢?你会在教室里戴着脑电图描记器设备感兴趣,或者你觉得这个想法有点可怕吗?安抚你,到目前为止只便携式脑电图的大脑活动提供了一个通用的测量。脑电图肯定不能读懂你的心。所以,你不需要担心研究者或你的老师能读你的想法如果你穿上这些EEG设备在你的学校之一。我们想让你相信,读心术仍然是科幻小说!

一些商业公司,生产和销售EEG设备声称,脑电图可用于监视学生,通过阅读不同的脑电波的强度和解码到“集中”或“分心。“我们不认为这是一个非常不错的主意,因为各种原因。首先,我们需要做更多的研究在我们足够了解EEG信号是什么意思的大脑功能。第二,学生不一定需要集中所有的时间。我们知道,大脑也需要一些时间来休息,和心智游移实际上可以对学习有用4]。

结论

便携式脑电图设备提供绝佳的机会,比如研究大脑如何工作在自然环境中,像教室。研究在自然情况下的大脑可以特别有利于我们理解社会互动,作为便携式脑电图可以用来测量大脑活动的几个人,虽然他们是相互作用的。此外,便携式脑电图也可以帮助学生更好的理解大脑是如何工作的。然而,科学的进步一小步,所以让我们离开读心术科幻电影,同时讨论是否我们会想这是一个现实5]。

术语表

脑电波:↑周期组神经元产生的电流是活跃在同一时间。

神经元:↑大脑细胞相互通信的传输电子信号。

脑电图描记器:↑脑电图技术,小的探测器,称为电极,是放置在一个人的头皮使用一顶帽子或一个耳机。脑电图措施组神经元的电活动传播类似的电气信号的在同一时间。

电极:↑探测器放置在头皮,使用脑电图记录大脑神经元所产生的电流。

频率:↑脑电波的速度;大脑的次数在1 s波上升和下降。频率的单位赫兹(Hz);每秒1赫兹表示一个周期。

频带:↑一系列的脑波频率与某种心理状态相关联。例如,在1 - 4赫兹频率被称为delta-band,与深度睡眠。

ERP:↑与事件相关的潜力,利用脑电图测量。erp是电子大脑对具体事件的反应,如听到声音或读一个单词。在ERP方法中,参与者执行计算机任务的特定事件感兴趣的往往是重复。EEG信号的部分由于这些事件平均在一起。这个平均会导致平均随机大脑活动和脑电图相关部分的继续;这是ERP。

同步:↑当脑电波一起向上和向下。这可以是一个大脑内(例如,脑电波从大脑的不同部分)或大脑之间。后一个例子是叫就是同步。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

确认

我们愿意竭诚感谢那些帮助翻译的文章在这篇文章中,让他们更容易的孩子英语国家外,和雅各布基金会提供的资金需要翻译的文章。manbetxapp在线登录NA把这篇文章翻译成荷兰语。

的插图图2已经从Dikker转载et al。3)、版权(2017),爱思唯尔的许可。

我们要感谢新兴领域集团的成员和资助者便携式脑技术教育神经科学研究,由EARLI和雅各布斯基金会资助的。NA和TJ进一步支持格兰特开始从欧洲研究委员会(# 716736)。

脑电波计划了在科学教育合作项目的支持下,美国国立医学科学。

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引用

[1]↑Biasiucci,。,Franceschiello B。穆雷,m . m . 2019。脑电图。咕咕叫。医学杂志。29:R80-5。doi: 10.1016 / j.cub.2018.11.052

[2]↑van Atteveldt, N。m·t·R·克斯特伦,他也是。,Braams B。,Krabbendam l . 2018。神经影像学的学习和发展:改善生态效度。一线学习。Res。6:186 - 203。doi: 10.14786 / flr.v6i3.366

[3]↑Dikker, S。湾,L。Davidesco,我。Kaggen, L。Oostrik, M。问麦克林托克,J。,等。2017。那么同步跟踪实际动态组交互在教室里。咕咕叫。医学杂志。27:1375 - 80。doi: 10.1016 / j.cub.2017.04.002

[4]↑immordino - yang, m . H。Christodoulou, j。辛格,v . 2012。休息并不懒惰:影响大脑的默认模式为人类发展和教育。教谕。Psychol。科学。7:352 - 64。doi: 10.1177 / 1745691612447308

[5]↑威廉姆森,2018 b。大脑数据:扫描、刮和雕刻塑料学习大脑通过神经技术。Postdigit。科学。建造。一。doi: 10.1007 / s42438 - 018 - 0008 - 5