скорость реакции. Темы Определение времени реакции у школьников мбоу сош 27 им. Ю. С. Кучиева Авторы работы Джибилова Дзерасса Ахсарбековна, Цховребова Дана Вячеславовна, Кайсинова Камилла Геннадьевна
 Скачать 0.94 Mb.
|
|
ХII Открытые Шёгреновские ученические чтения Направление: Химия. Биология Название темы: «Определение времени реакции у школьников МБОУ СОШ №27 им. Ю.С. Кучиева» Авторы работы: Джибилова Дзерасса Ахсарбековна, Цховребова Дана Вячеславовна, Кайсинова Камилла Геннадьевна Место выполнения работы: МБОУ СОШ №27 им. Ю.С. Кучиева Научный руководитель: Плиева Анна Маратовна. Педагог дополнительного образования г. Владикавказ, 2022 ОглавлениеГлава 1. Обзор литературы 4 Глава 2. Материалы и методы 7 2.1 Оборудование и материалы 7 2.2 Ход эксперимента 8 Глава 3. Результаты и обсуждение 10 Выводы 11 Литература 12 Сегодня сложно представить себе жизнь без современных технологий, практически каждый взрослый и подросток ежедневно пользуется смартфоном, ноутбуком или планшетом. Благодаря развитию науки мы можем за долю секунды узнать любую интересующую нас информацию с помощью интернета в наших телефонах. Однако при всём удобстве использования гаджетов постоянное нахождение рядом с ними, к сожалению, негативно сказывается на здоровье. Это ухудшение зрения, осанки, слуха, нервное истощение. Также многие ученые пишут о потери концентрации при постоянном использовании смартфоном. По этой причине может быть очень опасно разговаривать по телефону во время вождения машины или переходить дорогу и параллельно слушать музыку в наушниках. Время отклика или время реакции - это время, которое проходит с момента восприятия информации до ответной реакции на неё. Другими словами, это способность обнаруживать, обрабатывать и давать ответную реакцию на стимул. Если вы едете за рулём и вдруг замечаете пешехода у перехода, время, в течение которого мы замечаем пешехода, принимаем решение затормозить и выполняем это действие, является временем реакции. Эта когнитивная способность может нас спасти от множества несчастных случаев. Гипотеза исследования – Громкая музыка в наушниках и посторонний шум увеличивает время реакции. Цель исследования – измерение времени реакции у школьников 9 класса 27 школы методом электромиографии Задачи: 1)Изучение литературных источников на тему сенсомоторной реакции и принципа работы ЭМГ 2)Освоение методики работы на цифровой лаборатории на датчике ЭМГ 3)Анализ полученных результатов Глава 1. Обзор литературыЭлектромиография Внутри мышечного волокна при его сокращении (в результате действия нервного импульса) миоциты изменяют свою электрическую активность и генерируют потенциалы действия. В результате этого процесса возникает небольшой электрический ток. Эти возникающие в клетках токи в миллионы раз меньше того тока, который протекает в спирали лампочки накаливания. Но чем больше двигательных единиц и, соответственно, миоцитов вовлечено в движение, тем больше потенциалов действия будет возникать и тем больше будет суммарный ток. Для понимания механизма работы мышц, определения их состояния и развиваемой ими силы врачи и ученые используют электромиографию — метод, позволяющий измерить электрическую активность мышц во время их сокращения и после обработки полученного сигнала сделать вывод о различных параметрах их работы. Различают несколько видов миографии. Поверхностная миография с помощью электродов на коже регистрирует суммарный сигнал от большого количества мышечных веретен и часто используется в физиологии, спорте, распознавании движений, управлении роботами и т. д. Игольчатая электромиография позволяет с помощью тонкой иголки проникнуть в мышечную ткань и зарегистрировать активность отдельных мышечных веретен, что используется в медицине для выявления многих патологий [1]. В данной работе используется поверхностная ЭМГ. Ее еще называют интегральной, поскольку при такой электромиографии объединяются (интегрируются) электрические сигналы от тысяч мышечных клеток. Для поверхностной ЭМГ используют три электрода, которые прикрепляются на тело человека и не вызывают никаких неприятных ощущений. Два из них (сигнальные электроды) по проводам передают электрический сигнал в электромиограф, а третий служит для согласования электрической цепи прибора с телом человека, в том числе, чтобы обеспечить точность измерений и минимальные помехи (этот третий электрод называется опорным, так как именно относительно его показаний отсчитывается сигнал ЭМГ). Сенсомоторная реакция и латентный период Если этот мотонейрон возбуждается, он сразу же передает возбуждение на множество миоцитов, и мышца сокращается. То есть мотонейроны спинного мозга вместе с миоцитами составляют единый исполнительный орган. Но откуда приходит сигнал на мотонейроны в спинном мозге?Возбуждение на мотонейроны может приходить как от других нейронов спинного мозга, так и от клеток головного мозга. В первом случае говорят о простом рефлексе, осуществляющемся автоматически и не требующем сознательного контроля. Ярким примером такого рефлекса является моносинаптический коленный рефлекс, для осуществления которого достаточно системы из двух нейронов спинного мозга, соединенных одним синапсом [1,2]. Когда сигнал приходит из головного мозга, говорят о «произвольном движении». Сигнал к сокращению мышц может приходить от коры головного мозга по «пирамидным путям» или от подкорковых структур по «экстрапирамидным путям». Эти нисходящие пути несут гораздо более сложные команды, что уже предполагает большое количество нейронов и переключений между ними. В результате, задержка при осуществлении таких движений оказывается гораздо больше (от 100–300 мс и больше) [1]. Простейшей формой таких движений является сенсомоторная реакция — быстрый ответ заранее известным движением на внезапно появляющийся, но заранее известный сигнал. Например, нажатие водителем на тормоз при виде красного света светофора. В этой работе с помощью ЭМГ двуглавой мышцы плеча (бицепса) исследуем скорость и простой сенсомоторной реакции, и измерим основной параметр этой скорости — латентный период (ЛП). Это время от начала подачи определенного стимула до начала сокращения мышцы. В случае рефлекса латентный период отражает время прохождения возбуждения по системе из двух и более нейронов: от рецептора чувствительного нейрона до нервно-мышечного соединения мотонейрона. В случае сенсомоторной реакции ЛП включает задержку на прохождение нервных импульсов от рецепторов к коре головного мозга, время обработки сигнала в корковых областях и генерации моторной команды и время на прохождение нервных импульсов по нисходящим путям к мотонейронам спинного мозга [1,2]. Время реакции состоит из латентного и моторного периодов. Латентный период (ЛП), в свою очередь имеет несколько составляющих: время возбуждения рецептора, передачи сигнала от периферии к центру по афферентным путям, переработки информации в центральной нервной системе (ЦНС), принятия решения о реагировании, посылки команды к исполнительным органам (эффекторам) и развития возбуждения в эффекторах. Полученный в результате усреднения ЛП показатель сенсорной быстроты оценивает быстроту нервно-психических процессов и является косвенным показателем лабильности нервной системы. Моторный период (МП) – время выполнения движения, складывающееся из времени возбуждения мышц, преодоления инерционных сил покоя тела и руки, времени пространственной реакции в ЦНС (времени переноса руки со «стартовой» клавиши на «финишную»). Полученный в результате усреднения МП показатель моторной быстроты оценивает скорость сокращения мышц (работы эффекторов и мышечных волокон). Это время складывается из времени согласования силовых, скоростных и пространственных (в соответствии с расстоянием между «стартовой» и «финишной» кнопками и их размерами) параметров движения [1,2]. Глава 2. Материалы и методыВ качестве испытуемых были приглашены ученики 9В класса 27 школы. Проводилось 3 типа измерений: состояния покоя и тишины (контроль), прослушивании громкой музыки в наушниках и в обстановке внешнего шума, когда испытуемого пытались отвлечь внешними разговорами или беседовать на отвлеченные темы рядом с ним. Установка представлена на рис.1 2.1 Оборудование и материалы1. «Цифровая лаборатория в области нейротехнологий. Практикум по биологии»: 1.1. Сенсор ЭМГ. 1.2. Сенсор «Кнопка». 1.3. Центральный модуль (Central). 1.4. Кабель для подключения центрального модуля. 2. ПК с ОС Windows и установленной программой BiTronics Studio.  Рис.1 Датчики ЭМГ и Кнопка для измерений времени реакции 2.2 Ход эксперимента1. Запуск ПО BiTronics Studio. 2. Измерение латентного периода простой сенсомоторной реакции испытуемого — произвольного напряжения бицепса в ответ на зрительный раздражитель. Глаза испытуемого должны быть открыты, и ему необходимо дать соответствующую инструкцию: «Нужно сосредоточиться на экране компьютера, на сигнале сенсора "Кнопка". Как только увидите отклонение сигнала от базовой линии, которое означает нажатие экспериментатором кнопки, нужно как можно быстрее напрячь бицепс». Испытуемый должен напрягать бицепс, только когда увидит нажатие кнопки по сигналу на экране, в остальное время он должен держать руку расслабленной. Экспериментатор должен нажимать кнопку так, чтобы это не было видно испытуемому, кроме как по сигналу сенсора на экране. 3. С помощью вертикальных маркеров, выделить отрезок графика от начала нажатия кнопки до начала сокращения мышцы — он отражает латентный период, задержку реакции (рис 2).  Рис 2. График с сигналом кнопки и ЭМГ Глава 3. Результаты и обсуждениеРезультаты исследования представлены в таблице 1. Измерения времени реакции проводили три раза у 5 испытуемых и было рассчитано среднее арифметическое.
Таблица №1 Результаты измерений времени реакции Латентный период сенсомоторной реакции у школьников варьируется в покое от 0.4531 сек до 0.8126 сек., при прослушивании громкой музыки в наушниках – от 0.6369 до 0.8451 сек., при внешнем шуме – от 0.5442 до 0.8952. В среднем во всех случаях время реакции и испытуемых увеличивается при прослушивании громкой музыки в наушниках и при внешнем шуме. Таким образом можно прийти к выводу, что, как и прослушивание громкой музыки в наушниках, так и внешний шум, в виде отвлекающих разговоров одноклассников приводит к тому что на внешние раздражители ученики реагируют медленнее в среднем на 0.1 секунды. ВыводыБыл проведен подробный анализ литературы на тему ЭМГ и сенсомоторной реакции Была освоена методика проведения измерений на цифровой лаборатории по нейротехнологиям, работы с датчиками ЭМГ и кнопкой, была освоена работа на ПО и расчёт латентного периода на графике. В результате измерений было выяснено, что время реакции увеличивается при прослушивании громкой музыки и при постороннем шуме. Таким образом наша гипотеза подтвердилась Литература1)Учебная лаборатория по нейротехнологиям. Методическое пособие. Естественно-научное направление/Бережной Данил Сергеевич. – М., :Битроникс, 2021 г 2)https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D1%80%D0%B5%D0%BC%D1%8F_%D1%80%D0%B5%D0%B0%D0%BA%D1%86%D0%B8%D0%B8 Приложения  Рис 3 . Проведение измерений  Рис 4. Измерение ЭМГ у испытуемого в состоянии покоя | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||