Penn Electronic Design Shop nutzt Massendurchflussregelung zur Optimierung von Olfaktometern für Kurzzeitgedächtnisforschung
Ihre Arbeit über den Geruchssinn könnte spannende Ergebnisse über den Zusammenhang zwischen der Beibehaltung des Kurzzeitgedächtnisses und der Hirnaktivität, durch die es begünstigt wird, liefern.
Das Experiment
Das Labor entwarf ein Experiment, um Einblicke in den Zusammenhang zwischen Duft, Kurzzeitgedächtnis und Gehirnaktivität zu gewinnen. Hier ist ein kurzer Überblick über den Versuchsablauf:
- Einrichtung eines MRT-Geräts zur Überwachung der Gehirnaktivität der Probanden.
- Präsentieren Sie den Versuchspersonen eine Reihe von drei verschiedenen Düften.
- Warten Sie eine kurze Zeitspanne von 7 bis 10 Sekunden.
- Führen Sie die Versuchspersonen in einen zusätzlichen Duft ein.
- Die Versuchspersonen bestimmen dann, ob es sich um einen der drei oben genannten Düfte handelt und in welcher Reihenfolge sie glauben, dass sie ihn zuerst gerochen haben.
Um diese Forschung zu erleichtern, benötigte das Labor eine Maschine, die präzise bestimmte Mengen jedes Duftes abgibt. Hier kamen Miguel Hernandez, Direktor des Penn Electronic Design Shop, und sein Team ins Spiel.
Herausforderung 1: Bau eines Olfaktometers zur präzisen Abgabe von Düften
Zur Durchführung dieses Experiments versuchte das Labor, ein Olfaktometer zu entwickeln, das mithilfe von Pneumatik und Luftdruck bis zu 12 verschiedene Düfte präzise abgeben kann. Die erste Version dieses Geräts konnte aufgrund von Ventilbeschränkungen nicht mit ausreichender Präzision arbeiten.
Im Penn Electronic Design Shop verbesserte das Team das elektrische Design des Olfaktometers und optimierte das Gerät. Die endgültige Version verwendet zwei Alicat Massendurchflussregler (MC-20SLPM), um den Sauerstofffluss durch jeden Duftbehälter in festgelegten Intervallen zu regulieren. Laut Herrn Hernandez "sind wir zuversichtlich, dass die Alicat-Durchflussregler und ihre Messungen präzise sind".
Herausforderung 2: Verknüpfung der Steuerungen und Magnetventile an jedem Duftstoffbehälter
Die nächste Herausforderung war die Verbindung zwischen den Massendurchflussreglern und den Magnetventilen an den einzelnen Duftstoffbehältern. Nachdem er die Situation mit dem technischen Team von Alicat besprochen hatte, testete Herr Hernandez das analoge elektronische Design und verwendete MatLab-Software, um Befehle an das Steuerungssystem zu geben. Mit dem Open-Source-Softwarepaket PsychToolbox von MatLab konnte er eine optimierte Befehlsschnittstelle erstellen, mit der sich die Durchflussregler leicht einstellen und die Sättigung des zu einem bestimmten Ventil fließenden Sauerstoffs regulieren lassen.
Die Echtzeit-Parameter, die auf den Displays der Alicat-Steuerungen angezeigt werden integrierte Anzeigen erleichterte Herrn Hernandez auch die Überwachung der Prozessleistung und die Sicherstellung des ordnungsgemäßen Funktionierens der Elektronik des Olfaktometers.
Olfaktometer-System
Schlussfolgerungen
Nach abschließenden Tests des Olfaktometers lieferte Herr Hernandez ein kompaktes und präzises Gerät an das Gottfried-Labor, das genau auf die Forschungsparameter zugeschnitten war. Das Labor hat das Gerät seither in einer Vielzahl von Forschungsprojekten eingesetzt und festgestellt, dass die Gehirnaktivität der Versuchspersonen unabhängig voneinander das "Was" des Duftes und das "Wann" der Geruchssequenzen kodiert.
Das Team beobachtete, dass sich die Verzögerung der Aktivität direkt auf den späteren Abruf des Geruchs auswirkte. Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass bestimmte Muster der Hirnaktivität es ermöglichen, dass mehrere Gedächtnisinhalte, die einen gemeinsamen "Ort" im Gehirn teilen, unabhängig voneinander erhalten bleiben und getrennt abgerufen werden können.
Wie geht es mit dem Labor Gottfried weiter?
Obwohl dieses Projekt einige Fragen zum Kurzzeitgedächtnis und zur Funktionsweise des Gehirns beim Abrufen von Informationen beantwortet, gibt es für das Gottfried-Labor noch viel zu tun. Das Team beabsichtigt, das Olfaktometer von Herrn Hernandez weiter zu verwenden, um mehr über das Behalten und Abrufen von Informationen im Gehirn zu erfahren.