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Neurociencia para Todos!

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Experimento: La Jaula de FaradayIncluso los mejores amplificadores del mundo (y el nuestro no califica) son susceptibles al ruido electromagntico. Imagina que tienes

tu gran experimento listo, la preparacin hecha y los electrodos en su lugar, pero...demonios! Qu es ese ruido infernal que

enmascara tus spikes? De dnde viene? Puedes darle las gracias a Nikola Tesla por este ruido elctrico, pero no te preocupes,

Michael Faraday viene al rescate!

Tiempo 30 Minutos Dificultad Principiante

Qu vas a aprender?

En esta clase descubrirs exactamente qu es lo que causa la interferencia

electromagntica (IEM) y como interfiere en tus registros. Tambin aprenders

cmo funciona una jaula de Faraday para proteger tus grabaciones de esta

IEM. Finalmente, construirs tu propia jaula de Faraday y le declarars la

guerra a las grabaciones ruidosas!

Prcticos Requeridos

SpikerBox (spikerbox) -

Debieras sentirte cmodo

usando tu SpikerBox.

Equipo

SpikerBox

(/products/spikerbox)

Jaula de Faraday

(/products/faradaycage)

AntecedentesUna jaula de Faraday es un recipiente hecho de material conductor, como por ejemplo una malla de alambre o planchas de metal, que

protege lo que encierra de campos elctricos externos. En nuestros experimentos, una jaula de Faraday se puede utilizar para evitar la

interferencia electromagntica externa (IEM, o ruido) que interfiere con nuestras grabaciones neuronales. Como ya sabes, las seales

neuronales que registramos son muy pequeas (del orden de micro-voltios), as que usamos nuestros Spikerbox para amplificar estas

pequeas seales a una amplitud lo suficientemente grande par a que podamos escucharlas y registrarlas. Sin embargo, dependiendo

de nuestro ambiente pueden existir emisiones electromagnticas, de radio, microondas, u otros tipos de emisiones invisibles que

pueden viajar a travs del aire e interactuar con las agujas de metal y el cable que utilizamos como electrodos. El metal luego propaga

la seal de ruido como una antena a nuestras grabaciones neuronales, lo que interfiere o incluso ahoga nuestras grabaciones,

causando que en el peor de los casos, lo nico que escuchemos sea una estacin de radio! Una jaula de Faraday se puede utilizar

para bloquear muchas de estas fuentes de ruido.

(img/Spanish/Exp11Fig1_faradaycageenvironment.jpg)

La jaula de Faraday lleva el nombre de un cientfico del siglo XIX, Michael Faraday, pero para entender cmo funciona la jaula nos

remitiremos a otro famoso cientfico, Charles-Augustin de Coulomb (http://es.wikipedia.org/wiki/Charles-Augustin_de_Coulomb).

Coulomb trabaj mucho en la dinmica de partculas cargadas y los campos elctricos que generan. Coulomb determin que el campo

elctrico, E, en un radio r de distancia de una carga estacionaria puntual, Q, podra ser calculado por la siguiente ecuacin:

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(img/Eq1_ColumbLaw.jpeg)

Donde es la permitividad del espacio libre y e es el vector unitario radial. Si no entiendes esta matemtica (algn da la entenders),

bsicamente significa que la intensidad del campo elctrico disminuye cuanto ms lejos ests de una fuente elctrica. Si ests

manejando por la carretera y notas por ejemplo como una estacin de radio se "desvanece" (deja de sonar), es porque te ests

alejando de la torre de transmisin.

El mensaje es que esta ley sienta las bases para una relacin matemtica que relaciona la carga y el campo elctrico dentro de un

volumen fijo de espacio. Una jaula de Faraday encierra un volumen fijo de espacio, y, si la jaula est hecha de material conductor, la

caracterstica clave de este de esta jaula es que evita que cargas externas induzcan campos elctricos dentro de ese volumen. Aqu

estn dos de las principales reglas que rigen este efecto de barrera:

La Ley de Coulomb exige que las cargas en un conductor en equilibrio estn lo ms separadas posible, y por lo tanto la carga

elctrica neta de un conductor reside enteramente en su superficie.

1.

Cualquier campo elctrico neto dentro del conductor causara un movimiento de carga, ya que sta es abundante y mvil, pero el

equilibrio exige que la fuerza neta en el conductor sea igual a cero. As, el campo elctrico dentro del conductor es cero.

2.

La segunda regla nos dice que el campo elctrico dentro del conductor en equilibrio es cero, la regla 1 nos dice que la carga del

conductor se encuentra por completo en la superficie (frontera). En otras palabras, la superficie del volumen conductor se convierte en

una barrera donde las cargas se mueven hacia y alrededor de la superficie para generar campos exactamente opuestos a cualquier

carga que busca cruzar la frontera, manteniendo as un interior libre de interferencia elctrica externa.

(img/Spanish/Fig2_Sketch_FaradayCage_Fields.jpg)

Faraday demostr por primera vez esto en un famoso experimento usando una cubeta de hielo y una esfera de metal

(http://miblogdetareas.blogspot.com/2008/02/este-experimento-recibe-este-nombre-en.html). Faraday hizo descender una bola

metlica cargada con electricidad esttica a un balde metlico sobre una silla de madera que aislaba el balde del suelo. Cuando la

bola cargada baj y entr al balde sin tocarlo, las cargas sobre la superficie del balde se redistribuyeron a travs de induccin

electrosttica. Este concepto se conoce como el principio de la jaula de Faraday.

0 r

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(img/Exp11_bucket.jpeg)

Ahora examinaremos los efectos de la jaula de Faraday en varias condiciones al hacer registros neuronales con el SpikerBox, junto

con un sencillo experimento que puedes hacer en tu casa.

Video

ProcedimientoConstruyendo la Jaula de Faraday

Ojo, tambin vendemos Jaula de Faraday prearmadas (http://www.backyardbrains.com/products/faradaycage) por si no tienes ganas

de ir a la ferretera.

Mide un rectngulo de malla metlica de 8 x 16 pulgadas 1.

Corta el rectngulo con unas tijeras de trabajo pesado 2.

Mide cinco listones de madera de ocho pulgadas de longitud 3.

Extiende el rectngulo de malla metlica cuidadosamente, para que quede plano 4.

Engrapa los listones de madera a la malla metlica con una grapadora y grapas industriales ligeras 5.

Engrapa el primer listn al final de la malla, a lo largo de sta 6.

Engrapa el segundo listn a 5,5 pulgadas de la primera tira, de nuevo en el sentido longitudinal de la malla 7.

Engrapa el tercer listn a 2,5 pulgadas de la segunda 8.

Engrapa el tercer listn a 5,5 pulgadas de la tercera 9.

Engrapa el quinto listn en el otro extremo de la malla 10.

Los listones de madera son abrazaderas, as que despus de engraparlas, dobla la malla en cada tira para formar una caja

rectangular

11.

Cmo usar la Jaula de Faraday con tu SpikerBox

Prepara una pata de cucaracha par hacer registros como se describe en el Experimento 1

(http://www.backyardbrains.com/experiments/spikerbox)

1.

Crea un ambiente ruidoso conectando un computador porttil a la toma de corriente (60 Hz de ruido elctrico) y encendiendo un

cautn u otro aparato de alta potencia. Enciende el Spikerbox en este entorno ruidoso, y tambin enciende todas las luces

fluorescentes cercanas. a. Anota observaciones de nivel de ruido vs nivel de la seal neuronal.

2.

Conecta una pinza a la tierra del SpikerBox (la parte externa del conector RCA). 3.

Coloca el Spikerbox en tu jaula de Faraday, con la jaula abierta. Anota observaciones de nivel de ruido vs nivel de la seal

neuronal.

4.

Cierra la jaula de Faraday, pero no conectes la pinza a nada. Anota observaciones de nivel de ruido vs nivel de la seal neuronal. 5.

Conecta la pinza a la malla de la jaula. Anota observaciones de nivel de ruido vs nivel de la seal neuronal.6.

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Cmo usar la Jaula de Faraday con un celular

Los microondas son ejemplos de jaulas de Faraday, ya que estn diseados para impedir que la radiacin utilizada para cocinar el

alimento se escape hacia afuera. El papel de aluminio es un material conductor, que tambin puede utilizarse para crear una jaula de

Faraday.

Llama a tu telfono celular y asegrate que suene (esta es tu condicin control). 1.

Luego, toma tu telfono celular y ponlo en un horno de microondas (apagado!). 2.

Llama al telfono celular desde otro telfono. Suena? 3.

A continuacin, abre la puerta del microondas y marca el nmero de telfono de tu casa en tu celular. Tan pronto como pongas

"llamar", cierra la puerta del microondas rpidamente. Suena el telfono de tu casa?

4.

Por ltimo, envuelve el telfono celular en papel de aluminio. Llama al telfono celular nuevo suena?5.

Preguntas de DiscusinQu crees que una jaula de Faraday le hara a una seal electromagntica que viene desde dentro de la jaula? Podra alguien,

afuera de la jaula de Faraday, recibir la seal?

1.

Cul sera el lugar perfecto para hacer una grabacin? 2.

Qu crees que pasara si utilizaras un alambrado con mayores espacios en vez de la malla metlica ms fina? 3.

Por qu crees que los mensajes de texto de del celular son capaces de interferir con el SpikerBox a pesar de que los agujeros en

la jaula de Faraday son ms pequeos que los 1,4 cm calculados?

4.

Extra (enviada por un usuario) Tabin podrasusar una caja metlica, luego de haberte comido todas las galletas que venan adentro. En lugar de usar un cable de

pinzas doble para conectarla jaula de Faraday, puedes hacer tu propio cable que contenga 3 alambres, 2 para usar como los

electrodos normales (referencia + electrodo de registro) + una referencia extra con una pinza que conectes a la caja metlica.

(img/User_Faraday.jpeg)

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