Hautpraktikum Wahlfach MINT Jahrgang 9 Station Hautwiderstand und Stress

Transkript

1 Informationen und Aufgaben zum Hautwiderstand Der Hautwiderstand kann als Biosignal Auskunft über bestimmte Zustände des Körpers geben. Er ist zur Objektivierung von psychophysiologischen Entspannungs- und Stresszuständen geeignet. Klärung der physikalischen Zusammenhänge: Überlege dir den Zusammenhang zwischen Hautwiderstand R und elektrischem Leitwert G. In welchen Einheiten werden Hautwiderstand und Leitfähigkeit angeben? Wird an die Haut eine Spannung angelegt, so fließt ein Strom. Formuliere den Zusammenhang zwischen der Spannung U, der Stromstärke I und dem Widerstand R. Nenne die Einheiten. Wie müssen Voltmeter bzw. Amperemeter in einem Stromkreis geschaltet werden (Schaltkreiszeichnung; Symbolbeispiele rechts)? Weitere Begriffe: Hautleitwert(englisch: skin conductance), Elektrodermale Aktivität, kurz: EDA Hautgalvanischer Reflex (englisch: galvanic skin response Biologischen Zusammenhänge: Es gibt einen personenspezifischen Basiswiderstand. Dieser ändert sich nur langsam (Stunden). Ihm sind schnelle (Sekunden bis Minuten), durch die Schweißdrüsenaktivität verursachte Änderungen. überlagert. Der Hautwiderstand ist keine fixe Größe. Schwankungen zwischen zwischen Personen zwischen dünner, feuchter Haut einige hundert Ohm zwischen dicker, trockener Haut einige Millionen Ohm (z.b. 2 M ) Schweißdrüsenaktivität und Hautwiderstand Die trockenen äußeren Hautschichten leiten kaum. Die inneren Hautschichten leiten sehr gut. Die Durchfeuchtung der äußeren Haut wird von der Schweißdrüsenaktivität bestimmt. Sie bewirkt eine Verbesserung des Kontakts zu den gut leitenden inneren Hautschichten. Mit der Durchfeuchtung steigt der elektrische Leitwert der äußeren Hautschicht. Für die Ableitung wichtig sind: Dicke der Hornschicht Wassergehalt der Hornschicht Für die Ableitung eignen sich deshalb am besten Handflächen Fußflächen - 1 -

2 Informationen und Aufgaben zum Hautwiderstand (2) Wie ist die Haut aufgebaut? Wo liegen die Schweißdrüsen? Welches sind die Schichten mit großem und mit geringem Leitwert? Wie wird die Schweißdrüsenaktivität gesteuert? Durch Schweißzelleninnervation: Anregung der Schweißzellen durch Nerven, es ändert sich die elektrodermalen Aktivität (EDA = Summe der messbaren bioelektrischen Eigenschaften der Haut). Beteiligung des zentralen Nervensystems an der Steuerung des Hautwiderstands: Möglicher Ausgangsort ist das Limbische System des Gehirns ( Nachschlagen). Von hier aus wird das sympathische Nervensystem (Teil des vegetativen Nervensystems, Nachschlagen) in Erregung versetzt. Die Transmitter ( Nachschlagen) sind hier das Adrenalin und das Noradrenalin. Der Parasympathikus (Teil des vegetativen Nervensystems) übt keinen Einfluss auf die Schweißdrüsenaktivität aus. Versuchsplanung: Nachdem die theoretischen Hintergründe und die Messtechnik verstanden sind, muss die Fragestellung festgelegt werden. z.b. Stress durch Laute Töne mit... Eklige Präparate auf die Hand legen. Unangenehmes erzählen, Unangenehme Fragen stellen. Rechnen, Spiele Nach dem Experimentieren: Daten speichern auf PC und Datenstick, alle Geräte aufräumen (Viele Geräte werden auch von anderen Klassen/Kursen benötigt) Protokoll Theoretische Einführung, Fragestellung, Durchführung, Messergebnisse, Auswertung, Erklärung/Interpretation, Fehlerdiskussion - 2 -

3 Material: 1: PC mit Data-Studio (Software für Voltmeter von Pasco) 2: 2 Kabel, 3: 2 Krokodilklemmen, 4: Silber-/Silberchlorid-Hautelektroden (pro Gruppe nur ein Paar verwenden (!) teuer) 5: Pasco-USB-Link, 6: Pasco Volt-/Ampere-Meter, 7: GyGo-Interface (Elektronischer Wandler und Verstärker für geringe Stromstärken, mit integrierter Stromquelle (9 V Blockbatterie). Weitere Materialien: Leukoplast, Trillerpfeife, mp3-player, bzw. Stressoren nach Wahl Aufbau der Versuchsanordnung: Abbildung 1 USB- Link mit Laptop Abbildung 2 USB-Link mit Pasco- Strom-/Spannungsmesser Abbildung 3 Verbindung mit GyGo-Interface Abbildung 4 Falls noch nicht geschehen, spätestens jetzt die 9 V-Blockbatterie entsetzen Abbildung 5 Kabel, die zu den Hautelektroden führen in das GyGo-Interface einsetzen - 3 -

4 Abbildung 6 Krokodilklemmen und Elektroden mit dem GyGo-Interface verbinden. Die Elektroden auf die Haut des Probanden kleben. Dabei ist folgendes zu beachten: 1. Der Druck der Elektroden auf die Haut darf sich nicht verändern. 2. Es dürfen mit den elektrodenbesetzten Körperteilen keine Bewegungen durchgeführt werden. Die Elektroden dürfen sich nicht berühren. 3. Es eignen sich die Hand- oder Fußfläche ( Leistenhaut). Deshalb vor dem Versuch überlegen, welche Fragestellungen im Experiment geklärt werden sollen und dann entscheiden, ob die Elektroden auf die Finger oder Fußzehen geklebt werden. Abbildung 7 Schaltplan des GyGo-Interface Entwickelt von Dr. Peter Dauscher, Johannes Gutenberg- Universität Mainz ( schwarzer Plan) Gezeichnet (grüner Plan) und gebaut von Alexander Güssow, Kl. 9 h GyGo Alle Bauteile sind bei Electronic Conrad zu erhalten. Am Plan der elektronischen Schaltung lässt sich ableiten, dass durch den Operationsverstärker IC die Spannung U out proportional der Stromstärke I Haut. Mit dem regelbaren Widerstand R pot lässt sich die Spannung U out für den Messbereich einstellen

5 Computerunterstützte Messwerterfassung mit Datastudio Datastudio starten Einrichten der automatischen Erfassung der Spannung Einstellung der Frequenz der Messwertaufzeichnung (z.b. 1 Hz = 1 Messwert pro s) - 5 -

6 Hautpraktikum Wahlfach MINT Jahrgang 9 Messwertaufzeichnung Start bzw. Stopp Beispiel für eine Messung Günstig sind Spannungen von 0,2 V 1,0 V Nach der Messung 1. Daten speichern Akt i v i t ätspei cher nunt er Ordner: MINT /Haut/ Dateiname: Name 2. Daten exportieren Das ist nötig, damit die Daten in einer Excel-Datei bearbeitet werden können. Dat enex por t i er en Ordner: MINT /Haut/ Dateiname: Name 3. Daten von Betreuer auf Stick speichern lassen. -6-