Blockschaltung anzeigen (Klicken auf Foto)
Jede Muskelaktivität kommt durch elektrische Aktionspotentiale der
Muskelnervenfasern zustande. Diese bioelektrischen Signale können
mittels Elektroden gemessen, anschliessend verstärkt und gefiltert und
für Forschungszwecke genutzt werden. Sie eignen sich aber ebenso für
EMG-Biofeedback-Anwendungen. Als Feedbackmethoden kommen meist
akustische und optische in Frage. EMG-Biofeedback wird bei gewissen
Myopathien (Muskelerkrankungen) therapeutisch erfolgreich eingesetzt.
Zwei solcher Fälle habe ich bei einem Einsatz im Zürcher
Universitätsspital in den 1970er-Jahren mit einem von mir gebauten
zweikanaligen EMG-Biofeedback-Gerät mitbetreut. In beiden Fällen konnten
signifikante Verbesserungen der Gesundheit der Patienten festgestellt
werden.
In diesem Praktikum baut jeder Praktikant selbst ein einfaches
einkanaliges EMG-Biofeedback-Gerät, das solche bioelektrische Signale
an der Hautoberfläche aufnimmt, verstärkt, filtert und mittels
Spannungs/Frequenz-Wandlung in hörbare akustische Signale umsetzt.
Dieses PPS-Praktikum besteht aus einem Einführungsnachmittag, wo das
grundlegende Wissen über EMG
vermittelt und die Grundlagen für die Schaltung gezeigt werden. In den
folgenden Nachmittagen baut jeder Praktikant sein Gerät und am Schluss
vertiefen wir uns noch speziell in die Elektronik, welche gebaut worden
ist. In den Wochen dazwischen und an einem speziellen Nachmittag
bereiten sich die Praktikanten in Zweiergruppen für ihre Präsentation
vor. Die Arbeit in den Wochen dazwischen besteht durch das allmähliche
Lesen der notwendigen Unterlagen als Hausaufgabe. Sinn dieses Lesens ist
die persönliche Sensibilisierung für die Elektronik-Inhalte. So gut es
mir möglich ist, unterstütze ich diese Vorgehensweise per
E-Mail-Kontakte, wenn etwas nicht verstanden wird. Nachdem die Geräte
fertig gebaut sind, findet ein gemeinsamer Vorbereitungsnachmittag für
die Präsentationen in Zweiergruppen statt. An diesem Nachmittag stehe
ich für alle Fragen und Unsicherheiten zur Verfügung. Danach gibt es
eine Pause von zwei Wochen, die dazu dient, dass die Zweiergruppen
ausreichend Zeit haben sich vollständig für die Präsentationen fertig
vorzubereiten. Die Präsentationen der einzelnen Zweiergruppen beträgt je
etwa 10 bis 15 Minuten.
Diese Worte können beim einen oder andern den Eindruck erwecken, dass
enorm viel Arbeit auf ihn zukommt. Dem ist keineswegs so. Ich weiss,
dass in den letzten Semestern der Studentenstress stark zugenommen hat.
Ich werde diese Situation selbstverständlich berücksichtigen. Es geht in
diesem PPS nicht darum aus dem Studenten im zweiten oder dritten
Semester perfekte Elektroniker zu machen. Das wäre auch absolut
unrealistisch. Es geht darum, in groben Zügen die Eigenschaften der
vewendeten elektronischen Bauteilen und die einzelnen Funktionen der
gesamten Schaltung zu verstehen.
Diejenigen Teilnehmer dürfen das Gerät behalten, welche an der
Präsentation aktiv mitwirken. Eine Bewertung der einzelnen
Präsentationen gibt es nicht. Die bisherige Erfahrung zeigt, dass sich
der Einsatz in diesem Rahmen lohnt: Der Praktikant lernt praxisnah
elektronische Schaltungtechnik, die ihm für das weitere Studium der
Elektrotechnik sehr nützlich ist.
Diese Seite, mit vielen Links zu meinen Elektronikminikursen, ist
wichtiger integrierender Bestandteil des EMG-PPS-Praktikum am ISI
(ETH-Zürich). Die angegebenen Links werden zum Studium unbedingt
benötigt! Wenn Du diese Zeilen zum ersten Mal liest, empfehle ich
Dir, bereits vor Beginn des PPS in diese Links ein wenig hinein zu
gucken, und, so wie es Deine Zeit zulässt, etwas drin herum zu lesen. So
kriegst Du schon jetzt ein wenig den Eindruck, welches Spektrum an
analoger Schaltungstechnik, Du erlernen kannst. Das gilt auch für die
Zeit danach, wenn das PPS längst vorbei ist. Diese Elektronik-Minikurse
können für Dich, je nachdem welchen Weiterbildungsweg Du einschlägst,
weiterhin nützliche und sehr praxisorientierte Helfer sein. Vor allem
dann, wenn Du eine Idee praktisch umsetzen willst.
Herzlich willkommen in diesem EMG-PPS!
Die folgenden drei WWW-Seiten geben eine kurze Uebersicht, eine kurze Einführung (PDF-Datei) und Online-Anmeldung:
Die EMG-Forschungstätigkeit des Institutes für Signal- und Informationsverarbeitung (ISI) der ETH Zürich, ursprünglich in Zusammenarbeit mit der neurologischen Klinik des Universitätspitales Zürich (USZ), und aktuell mit dem Zentrum für Organisations- und Arbeitswissenschaften (ZOA), genauer Physiologie der Arbeitsbefähigung (Arbeitsphysiologie) der ETH Zürich, dauert mit Unterbrüchen mehr als ein Vierteljahrundert. Die EMG-Forschung ist eine Tradition des ISI. Einen kurzen Hinweis findet man in:
Im Manual EMG-BioFeedbackDevice / PPS ETHZ wird nur soviel
Elektronikwissen vermittelt, wie es in meinen
Elektronik-Minikursen
nicht vollständig ist. Im Text und im Schaltschema des Gerätes im Manual
wird mit eckigen Klammern auf meine zutreffenden Elektronik-Minikurse im
ELKO hingewiesen. Diese Elektronik-Minikurse, im Stile von Workshops,
muss man unbedingt lesen! Sie wurden bisher am Einführungsnachmittag
auch in ausgedruckter Form abgegeben.
NEU! Wichtiger Hinweis:
Da es je länger desto mehr üblicher ist, dass Studenten ihre mobilen
Laptops an die ETH mitnehmen, werde ich neu eine
ZIP-Datei mit allen nötigen Elektronik-Minikursen mit
der Einführungs-E-Mail im Anhang versenden. Ich habe mich im
Frühjahrs-Semester 2010 bei meinen PPS-Praktikanten erkundigt, ob dies
eine realistische Alternative wäre. Dies wurde einstimmig bejaht.
Dadurch kann in Zukunft massiv Papier gespart werden und der
Arbeitsaufwand für die Vorbereitung des EMG-PPS reduziert sich deutlich.
Wie es zur Zusammenarbeit des EMG-PPS und des ELKO kam, werde ich am
Einführungsnachmittag erläutern.
Diesen Abschnitt bitte konzentriert lesen: Ein Beispiel soll
illustrieren wie die Bild/HTM-Text-Zuordnung zu verstehen ist: Im
Schaltschema "Die Schaltung" im Manual sieht man oben links das
Teilschema des Instrumentationsverstärkers (Instrumentation-Amplifier)
mit der Bezeichnung [HTM1]. Ein paar Abschnitte unterhalb dieses
Schaltschema hat es einen Satz wo man ebenfalls [HTM1] liest. Auf
dieser Seite hier, etwas weiter unten, sieht man bei den ersten fünf
Links die Bezeichnungen [HTM1a,1b,1c], [HTM1a,1b,1c], [HTM1a],
[HTM1b], [HTM1c]. Dies bedeutet folgendes: Jede Schaltung eines
Instrumentationsverstärkers hat mit Operationsverstärkern zu
tun. Daraus resultiert: Wenn etwas über Instrumentationsverstärker
gelesen werden muss, gehört unbedingt auch das Grundverständnis (und
etwas Praxis) der Operationsverstärkertechnik dazu. Die Feineinteilung
in a, b und c gibt es allerdings nur in [HTM1]. Bei [HTM2] bis [HTM6]
sind die Bild/HTM-Text-Zuordnungen einfacher. [HTM2] erkennt man in
der Schaltung beim Ueberspannungsschutz mit den Dioden und auf dieser
Seite unter dem Link "Ueberspannungsschutz von empfindlichen
Verstärkereingängen".
Es folgen nun die Links:
Je nachdem welches Grundlagenwissen im Bereich der elektronischen Schaltungstechnik und elektronischen Bauteilen der EMG-PPS-Praktikant mitbringt oder nicht, kann er sich in verschiedenen Rubriken schlau machen. Meine Empfehlungen sind:
Da wir uns in diesem Projekt intensiv mit Operationsverstärkern
befassen, möchte ich an dieser Stelle etwas Literatur empfehlen, die
sowohl etwas Theorie beinhaltet, aber die praktische Umsetzung unbedingt
im Vordergrund stellt:
Upgrades: 13.05.2002 ; 04.06.2002 ; 16.07.2002 ; 23.08.2002 ; 27.10.2002 ; 07.02.2003 ; 10.03.2003 ;14.03.2003(dasELKO) ; 27.03.2003 ; 10.04.2003 ; 11.07.2003 ; 14.09.2003 ; 19.03.2004 ; 30.04.2004 ; 12.07.2004 ; 06.09.2004 ; 08.10.2004 ; 30.12.2004 ; 13.01.2005 ; 24.05.2005 ; 06.06.2005 ; 16.08.2005 ; 08.11.2005 ; 30.01.2006 ; 17.02.2006 ; 05.12.2006 ; 20.04.2007 ; 26.09.2007 ; 01.11.2007 ; 08.11.2007 ; 07.12.2007 ; 13.02.2008 ; 03.04.2008 ; 18.09.2008 ; 27.09.2009 ; 26.04.2010 (NEU: Unterlagen als ZIP-Datei) ; 05.08.2010
Thomas Schaerer
Institut für Signal- und Informationsverarbeitung (ISI)
ETH-Zentrum
CH-8092 Zürich
Schweiz
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