Godfried-Willem RAES

Kursus Experimentele Muziek: Boekdeel 2: Live Electronics

Hogeschool Gent : Departement Muziek & Drama


<Terug naar inhoudstafel kursus>

2300

Hersengolven

Het is een gangbare common-sense opvatting, in de hersenaktiviteit van de homo sapiens twee soorten te onderscheiden, die soms onderling kunnen konflikteren. De ene soort zou daarbij betrekking hebben op de ‘ratio’ , de andere op het ‘affekt’ of de ‘emotie’. Soms wordt deze tegenstelling ook aangeduid met termen zoals het analytische versus het syntetische, of, het simultane tegenover het suksessieve, of,... het digitale versus het analoge.

Parallel daarmee -maar beslist onbewezen vanuit dit onderzoek- heeft onderzoek van de menselijke hersenen aangetoond dat er een funktionele differentiatie meetbaar is in de aktiviteit van onze linker- en rechterhersenhelft. De psychobioloog Roger Sperry (California Institute of Technology) werd zelfs de Nobelprijs toegekend voor zijn onderzoek naar de funktionele differentatie tussen beide hersenhelften. (‘hemisferen’).

Sperry en zijn onderzoeksteam kwam voor 95% van de onderzochte populatie tot volgende besluiten:

De linkerhersenhelft is optimaal georganizeerd voor volgende taken:

De rechterhersenhelft bleek dan weer beter georganizeerd voor volgende specifieke taken:

De hersenen vormen een bijzonder komplekse bron van allerlei elektrische signalen. Het EEG (elektro-encephalo-gram) in de geneeskunde is niets anders dan een in de tijd geplotte opname van potentiaalverschillen gemeten op het oppervlak van de schedel. Om deze signalen op te vangen, te meten en te verwerken, moeten we eerst en vooral beschikken over ‘elektroden’. Dit zijn elektrische kontakten -liefst vervaarigd uit een materiaal dat niet oxydeert onder invloed van door de huid afgegeven zuren- die middels een geleidende pasta (zilverchloridezalf) en een stripje medisch plaklint die in paren, op korte afstand van elkaar, op de schedel worden vastgehecht. De impedantie tussen elk paar elektroden dient zich te situeren rond de 10000 Ohm. Zolang de waarde onder de 25kOhm blijft, zijn metingen nog doenbaar.

Deze elektroden worden via afgeschermde draden verbonden met een hersengolfversterker. Deze bestaat uit een zorvuldig en ruisvrij opgebouwde instrumentatieversterker die tevens alle frekwenties boven de 25Hz volledig wegfilterd (LPF). In dit gebied ontmoeten we immers niets anders dan storingen.

De interpretatie van deze signalen nu, is vele malen moeilijker dan hun kaptatie. Het is bvb. volstrekt onmogelijk -ook voor experten terzake- er informatie m.b.t. eigenschappen zoals intelligentie uit af te leiden. Laat staan dat men er gedachten mee zou kunnen aflezen... Algemene gegevens met betrekking tot de werking van de hersenen blijken er echter wel degelijk uit af te leiden te zijn. Toestanden van slaap in kontrast met leesaktiviteit zijn aan de ontvangen signalen korreleerbaar. Ook de aktiviteit van beide hersenhelften kan er wellicht mee worden onderzocht.

In het wetenschappelijk onderzoek van de EEG’s (neurologie) onderscheid men volgende meetbare signalen:

Een zinnige meting van deze signalen vergt hun integratie over een tijdsinterval van 0.25 tot 0.5 sekonden.

De meetomgeving waarin we dergelijke signalen kunnen opmeten stelt heel wat problemen aan de elektronische techniek. Immers de stoorsignaalnivoos waarmee we te maken krijgen zijn vele malen groter dan de signalen die we willen kunnen waarnemen. Niet alleen zijn er aan de persoon externe storingsbronnen, aan de apparatuur inherente ruis, maar bovendien zijn spierbewegingen van het voorhoofd, de wenkbrauwen, de hartslag, de ogen ook nog bronnen van allerlei myoelektrische signalen (spierspanningen) die met de hersenwerking beslist geen uitstaans hebben.

Een goede hersengolfversterker moet dan ook aan volgende specifikaties kunnen voldoen:

Naast een dergelijke hersengolfversterker (eigenlijk zoveel ervan als we elektroden-paren wensen te gebruiken), zullen we voor experimentele doeleinden ook nood hebben aan een komputerinterface met behulp waarvan we voor de verwerking van de gemeten gegevens kunnen instaan. In medische apparatuur wordt hiervoor bijna steeds een Fourier-transformatie over het beschouwde frekwentiegebied uitgevoerd. Het rezultaat daarvan wordt dan op een scherm (of op papier) gevizualizeerd.

Zelf hebben we reeds vaker dergelijke toestellen ontworpen en gebouwd, wat -hoewel de elektronika wel degelijk betrouwbaar bleek te werken- nooit tot muzikaal bruikbare of relevante rezultaten aanleiding heeft gegeven. Het gebruik van deze hersengolven in koncertsituaties heeft m.i. meer een konceptueel karakter dan wel een wetenschappelijk en operationeel fundament.

Komponisten die van EEG-signalen gebruik hebben gemaakt zijn o.a. Alvin LUCIER, Dick RAAIJMAKERS, Dieter TR‹STEDT, David ROSENBOOM e.a.

De konceptuele schoonheid van zowel Raaijmakers als Lucier’s werk kontrasteerd sterk met het welhaast aan de oplichting grenzende van de mystifikatie in dat van Rosenboom. Het werk van TrŁstedt heeft eerder een artistiek-wetenschappelijk demonstratief karakter, maar is heel eerlijk: hij gebruikt de hersengolfsignalen voor de aansturing van analoge synthesizers.

Het koncept dat vele experimentele komponisten in deze technologie zo heeft gefascineert is dat van wat men ‘bio-feedback’ heeft genoemd. Hierbij wordt de muzikus in een regelkring opgenomen (via EEG-apparatuur) waarvan de output klankstrukturen zijn en de input de hersengolven die een muzikaal algoritme (analoog of digitaal) in real-time parametrisch beinvloeden. Omdat de muzikus zelf deel uitmaakt van de kring, ontstaat eer een feedback-mechanisme. Immers het gehoorde zal al dan niet de aandacht trekken en dus het hersengolfpatroon verstoren. Daardoor zullen eigenschappen van de muziek weer veranderen, wat dan weer van invloed is op de hersengolven...

Het sprookjesachtige perspektief van dit koncept is erin gelegen dat wordt gedacht dat hier een middel wordt geboden om ‘muziek rechtstreeks en ongemedieerd’ te denken waarbij ze daardoor ook direkt zou tot klinken komen...

Tot nader order noopt mijn toch vrij wetenschappelijk en kritisch inzicht mij tot heel wat scepticisme tegenover dit soort science fiction.

Studenten die door het idee geboeid zijn, mogen echter niet nalaten, zelf wat te experimenteren op dit terrein. Je kan er ontzettend veel mee leren over gedisciplineerde elektronische ontwerptechniek en systeemontwikkeling.

Schemas voor hersengolfversterkers en de erbij horende filterschakelingen geef ik er dan ook graag bij.

Het schema op volgende bladzijde -voldoend aan alle hierboven gegeven specifikaties- dient in net zoveel exemplaren opgebouwd te worden als je elektrodeparen wil aansluiten. Als konnektors gebruik je best BNC-chassisdelen. RCA (cinch) is desnoods ook wel te gebruiken. De BNC-pluggen aan de kabels kunnen dan met een speciale tang aan de kabels worden geknepen. De verbindingsdraden naar de elektroden mogen in geen geval langer zijn dan 1.5meter. Uiteraard moet afgeschermd en soepel snoer gebruikt worden. De massa-aansluiting wordt slechts aan ťťn kant, nml. aan de BNC connector aangesloten. De elektroden zelf kan je in een winkel voor medische toestellen krijgen. 3M (Scotch) levert een zelfklevende uitvoering. De aansluiting gebeurt via een drukknop (‘pression’) die je in elke winkel voor naaigerief kan krijgen. De drukknop wordt kortbij de isolatie aan de signaalgeleider van de elektrodekabel gesoldeerd.

De elektrode-signalen gaan eerst naar een instrumentatieversterker. Het uitgangssignaal daarvan (punt a) doorloopt eerst een low-pass filter met uitgang op punt b, een vervolgens een identiek filter waarvan de uitgang nog een extra gebufferd wordt met een OP07 die ons tevens toelaat het DC-offsetpunt in te stellen. De voedingsaansluitingen werden omwille van de leesbaarheid niet getekend, evenmin als de nochtans noodzakelijke ontkoppelingskondensatoren vlakbij deze aansluitingen. Wanneer je ze vergeet, zal een en ander uiteraard niet werken...

Het schema levert een analoog uitgangssignaal dat naar een ADC-kaart in een komputer kan worden gestuurd, of, dat je -zoals in de kompositie van Alvin Lucier- rechtstreeks via een degelijke versterker naar een subwoofer kan sturen. Voor deze laatste toepassing verdient het aanbeveling om de 47kOhm weerstand onder de offset-trimpot niet aan massa maar aan de negatieve spanning te leggen. De offset-spanning op de uitgang van de OP07 wordt dan bij kortgesloten ingangen op 0V afgeregeld. Komputer ADC-kaarten werken meestal met unipolaire ingangssignalen (0-5V bvb.), en in dat geval dient de offset-spanning op het halve spanningsbereik ingesteld te worden.

Gebruik de in het schema voorgeschreven operationele versterkers en hou je strikt aan het gebruik van de voorgeschreven precizie metaalfilmweerstanden. Ook de kondensatoren in de filters dienen degelijke MKM types te zijn. De koppelkondensatoren zijn tantaaltypes. Bipolaire kondensatoren zouden hier weliswaar beter zijn, maar ook heel wat duurder en volumineus. Gebruik echter in geen geval elektrolytische kondensatoren, want deze produceren heel wat laagfrekwentie ruis. 


WAARSCHUWING: Om veiligheidredenen mag deze schakeling uitsluitend worden gevoed uit batterijen. Een positieve spanning van 6 tot 9V een een identieke negatieve spanning kan uit een bundeltje alkaline baby-cellen verkregen worden. De persoon waaraan gemeten wordt dient op een geisoleerde (houten) stoel op een houten vloer te zitten en mag nergens elektrisch geleidende delen kunnen aanraken. De veiligheid kan nog worden vergroot door optische koppeling met de verder aangesloten apparatuur toe te passen.


Plaatsing van de elektroden op de schedel:

Alvorens een elektrode op de huid te plaatsen, dient de plek grondig te worden gereinigd en ontvet. Zeep en water volstaan. Goed afdrogen. Vervolgens wrijf je de huid in met een verbandgaasje en wat medische alkohol.

1. Begin met de massa-referentie elektrode. Deze wordt bevestigd op het niet behaarde min of meer uitstekend stuk been gelegen vlak achter een oor, ter hoogte van de oorschelp.

Deze elektrode wordt verbonden met de ingangsmassa van de hersengolfversterker.

2. Een eerste paar elektroden kan dan op linkerhelft van de schedel aangebracht worden alsvolgt:

2.a.: zoek een plaats op de schedel vlak boven het oog.

2.b.: deze plek moet diametraal tegenover 2.a gezocht worden. Deze plek -ook een benig uitsteeksel -is behalve bij kaalkoppen uiteraard- behaard. Het beste rezultaat wordt vanzelfsprekend verkregen door het haar op die plek weg te scheren, maar dit zullen weinig musici zich laten welgevallen. Probeer er -bij beharing- het beste van te maken door het haar links en rechts zoveel mogelijk uit de weg te kammen. Wanneer dit grote moeilijkheden oplevert, gebruik dan een elastische voorhoofdzweetband om de elektrodes op hun plaats te houden.

3. Een tweede paar elektroden wordt op dezelfde manier -symmetrisch- op de rechterhelft van de schedel aangebracht. (3.a en 3.b).

Wanneer we twee hersengolfversterkers opbouwden volgens het gegeven schema, dan hebben we nu een ‘stereofonische’ hersengolfmonitor opgebouwd...

Opmerking: Om deze experimenten uit te voeren dien je wel met twee personen te zijn. Je kan niet bij jezelf de elektroden goed aanbrengen. Overigens kan je alleen ook niet goed de apparatuur bedienen en instellen. Immers, je bezigheid daarmee zou stellig je hersengolfpatronen zelf beinvloeden...


Schema: deel 1

 

schema deel 2

schema deel 3


Terug naar inhoudstafel kursus: <Index Kursus>

Naar homepage dr.Godfried-Willem RAES