Středoškolká technika 216 Setkání a prezentace prací tředoškolkých tudentů na ČVUT Změny elektrické aktivity rotlin v průběhu haptické timulace a mechanického poškození Natálie Pánková Gymnázium Nad Štolou 1, Praha 7, 17
Anotace Tato práce SOČ je pilotní tudie zabývající e měřením akčních potenciálů rotlin pomocí elektromyografického přítroje. První čát práce zahrnuje teoretické hrnutí základních poznatků týkajících e náledujícího tématu, druhá čát předtavuje vlatní výzkumnou práci. K experimentům byly vybrány čtyři exempláře rotlin různého druhu: Aloe vera, Spathiphilium, Hoya carnoa a Scindapu. Rotliny byly vytaveny třem ituacím. Nejprve byla měřena elektrická aktivita rotlin v klidu, v druhé čáti byla pozorována jejich reakce na lidký dotek a v polední čáti byla tudována odpověď na příchozí telefonní ignál nepříjemným vyzváněním, po jehoţ doznění byly exempláře mechanicky poškozeny. Náledovala anetézie rotlin diethyletherem, po jejíţ končení byl náledující experiment zopakován. Zíkaná data byla zpracována a porovnána pomocí vlnkové tranformace. Z uvedených rotlin na haptický kontakt a amotné mechanické poškození nejlépe reagovala rotlina Aloe Vera. Naopak Spathiphilium a Hoya carnoa zachytily příchozí telefonní ignál ještě před začátkem zvonění mobilního zařízení. Všechny z uvedených rotlin v průběhu experimentů měnily vou elektrickou aktivitu, čímţ je dokázáno, ţe na dané vnější podmínky reagovaly. Diethylether způobil níţení rotlinné elektrické aktivity a zmenšoval jejich reakce vůči vnějším podnětům. Klíčová lova: neurobiologie, rotlinná éterová anetézie, elektrická aktivita rotlin, elektromyografický přítroj Annotation Thi work i a pilot tudy focued on meauring action potencial of plant with the ue of an electromyographic device. The tudy i eparated in two main part: the theoretical one which contain major information connected to thi topic, econd part repreent the performed experiment. Four different plant were choen for thi experiment: Aloe Vera, Spathiphilium, Scindapu and Hoya carnoa and their reaction to created external timuli wa meaured. At firt their reting electric activity wa tudied. Then I anylyzed the change of their electric activity caued by human touch and at lat I oberved their reaction to incomming telephone ignal with unpleaend ringtone boned to a mechanical damage when the ringtone ended. Next came a part of plant aneteia by diethylether after which the whole experiment wa remade. Obtained data were proceed and compared with the ue of wavelet tranformation. Reaction to human touch and mechanical damage wa clearet in data gained from Aloe Vera plant. On the other hand Spathiphilium and Hoya carnoa had reponded to incomming telephone ignal even before the ringtone tarted ringing. Thi repone wan't found in Aloe Vera' record. All of thoe plant changed their electric activity during the experiment, o thi i the proof of their reactivity to created external timuli. Diethylether caued overall decreae in plant electric aktivity and the reaction to external timul were viibly maller compared to the one in normal condition. Key word: neurobiology, plant diethylether aneteia, plant electric ignalization, electromyographic device
Poděkování Na tomto mítě bych ráda poděkovala všem lidem, kteří při mě táli a na utváření práce mi pomáhali. Jmenovitě děkuji vedoucí mé práce Mgr. Kamile Babické za nadšení, ča a trpělivot a otci za pokytnutí laboratoře, veškerého vědeckého vybavení a celkovou kultivaci vědeckého projevu. Dále bych chtěla rdečně poděkoval profeorovi RNDr. Františkovi Baluškovi, DrSc. za iniciaci etherového experimentu a Mgr. Michalovi Teplanovi, PhD. za podnětné připomínky.
Prohlašuji, ţe jem vou práci SOČ vypracovala amotatně a pouţila jem pouze podklady (literaturu, projekty, SW atd.) uvedené v eznamu vloţeném v práci SOČ. Prohlašuji, ţe tištěná verze a elektronická verze outěţní práce SOČ jou hodné. Nemám závaţný důvod proti zpřítupňování této práce v ouladu e zákonem č. 121/2 Sb., o právu autorkém, o právech ouviejících právem autorkým a o změně některých zákonů (autorký zákon) v platném znění. V. dne podpi:
Obah Anotace/Annotation... 2 Seznam zkratek... 6 Úvod...7 1. Hitorie rotlinné neurobiologie... 9 2. Rozdíl v ţivočišné a rotlinné elektrické komunikaci... 3. Typy elektrických ignálů u rotlin... 11 3.1 Klidový potenciál... 11 3.2 Akční potenciál (AP)... 11 3.3 Variační potenciál (VP)... 12 4. Metody měření elektrických ignálů... 12. Zpracování biologického ignálu... 14 6. Vlnková tranformace... 14 7. Poznatky z předchozích experimentů... 1 8. Diethylether... 18 8.1 Základní vlatnoti... 18 8.2 Rotlinná éterová anetézie... 18 9. Praktická čát... 19 9.1 Cíl práce... 19 9.2 Hypotézy... 19 9.3 Metodika... 19 9.4 Výledky... 22 9.4.1 Měření na rotlině Aloe vera... 22 Měření v klidu za normálních podmínek... 22 Haptický kontakt za normálních podmínek... 22 Mechanické poškození za normálních podmínek... 23 Klidový potenciál po éterové anetézii... 23 Haptický kontakt po éterové anetézii... 23 Mechanické poškození po éterové anetézii... 24 Souhrn výledků zíkaných na rotlině Aloe vera... 24 9.2.2 Měření na rotlině Spathiphilium... 2 Měření v klidu za normálních podmínek... 2 Haptický kontakt za normálních podmínek... 2 Mechanické poškození za normálních podmínek... 26 Klidový reţim po éterové anetézii... 26 Haptický kontakt po éterové anetézii... 27 Mechanické poškození po éterové anetézii... 27
Souhrn výledků zíkaných na rotlině Spathiphilium... 28 9.2.3 Měření na rotlině Scindapu... 28 Měření v klidu za normálních podmínek... 28 Haptický kontakt za normálních podmínek... 29 Mechanické poškození za normálních podmínek... 29 Měření v klidu po éterové anetézii... 3 Haptický kontakt po éterové anetézii... 3 Mechanické poškození po éterové anetézii... 31 Souhrn výledků zíkaných na rotlině Scindapu... 31 Dikuze... 33 Závěr... 36 Seznam pouţité literatury... 37 Přílohy... 39
Seznam zkratek AP VP SWP WT DWT CWT D.E. akční potenciál variační potenciál low wave potencial vlnková tranformace dikrétní vlnková tranformace pojitá vlnková tranformace diethylether
Úvod V této práci e budu věnovat komunikaci rotlin jejich okolím. K experimentům mě vedla touha dozvědět e více o tomto zajímavém avšak prozatím málo odborně prozkoumaném tématu. Náplní práce je provedení érie pokuů, ve kterých e budu zabývat měřením elektrických ignálů rotlin pomocí elektromyografického přítroje (přítroje určeného k regitraci elektrické aktivity valů). Kdyţ je rotlina v klidu v protředí, kde jou více méně kontantní podmínky - dají e u ní naměřit takzvané klidové potenciály. Tyto potenciály mají tále tejný průběh a poměrně malou amplitudu. Jakmile e však mění vnější podmínky, mění e na potenciály akční. Ráda bych pozorovala reakci rotlin na lidký dotek a mechanické poškození náledované po zvukovém podnětu vyílaném z mobilního zařízení a porovnala tyto reakce elektrickou aktivitou rotliny v klidu. Kromě tudie těchto reakcí bych ráda provedla rotlinnou anetézii diethyletherem a zjitila, jaký vliv má látka na jejich reaktivitu. Ráda bych e převědčila, ţe rotlina není jen paivní organimu, ale ţe je chopná komunikovat e vým okolím, učit e a pamatovat i. Rotliny mezi ebou komunikují akuticky (pro ná nelyšitelně), vypouštěním chemických látek do ovzduší (nejčatější forma jak rotliny varují vé ouedy před hrozícím nebezpečím) a pomocí elektrických ignálů (Bai, 24). Skutečnot, ţe rotliny vnímají zvukové podněty a amy pomocí nich komunikují, je teprve nedávné zjištění biologů. V šedeátých a edmdeátých letech probíhalo mnoho experimentů, při kterých byla rotlinám přehrávána hudba různého druhu a pozorována jejich reakce. Bylo zjištěno, ţe rotliny rotou mnohem rychleji při klaické, jazzové a meditační hudbě a naopak rocková a metalová hudba jim velice razantně zkracuje ţivot. Tato zjištění měla velký dopad na veřejnot. Mnoho obyvatel (převáţně Ameriky, kde probíhaly experimenty tohoto typu nejvíce) začalo vým rotlinám pouštět hudbu od Bacha a Mozarta, aby jim rotlinky lépe rotly. V pozdější době byl u rotlin zjištěn něco jako fonotropimu (obrázek 1): klíčící rotlinky kukuřice vydávají při vém růtu klapavý zvuk, a kdyţ byl zvuk o tejné frekvenci (tj. 2 Hz) rotlinám pouštěn, začaly rotliny okamţitě růt ke zdroji tohoto zvuku (Gagliano et al., 212). Obrázek 1: zvuk a vibrace - emena kukur ice, která kor ení do trubky vodou, kde e zleva pouští zvuk o frekvenci 22Hz zjevně rotou měrem za zvukem (A) (Gagliano et al., 212). Semínka Arabidopi thaliana vytavená vibracím (Hz / amplituda,42mm, plné body) klíčí vyšší úpěšnotí než kontrolní emínka (prázdné body) (B) (Uchida, 22) Pro příjem zvuku jou rotliny poměrně dobře diponovány. Kořenové vláky mohou zvukové vibrace efektivně zachycovat a kořeny rotlin jou dobře akuticky vodivé. 7
I nadzemní čáti rotlin zvuk dobře zachycují (Price, 1988), a právě z tohoto důvodu e dají tromy dobře vyuţít pro odtínění hluku. Fakt, ţe rotliny mezi ebou akuticky komunikují, však tále nebyl všemi odborníky plně přijat. Otázkou také je, co je myšleno lovem luch, rotliny ho moţná vnímají jen jako vlnění, a tak by e jednalo píše o formu mechanorecepce. Rotliny komunikují mezi jednotlivými buňkami a čátmi jejich těla a také dalšími přílušníky vého rodu (Dicke, Abraval, Bruin; 23). Například kdyţ začne houenka oţvykovat lit dané rotliny, okamţitě e z poraněného míta vyšle ignál o hrozícím nebezpečí do řídícího centra rotliny a z něj do otatních litů. Zároveň e putí jeden z mnoha obranných mechanimů rotliny extrakce chemických látek pro daného parazita odpudivých a další reakce (Appell, Cocroft, 214). Hlavním cílem této práce je ukázat, ţe pomocí elektromyografu lze měřit elektrické potenciály rotlin a na základě vlnkové analýzy přílušné reakce těchto organimů tudovat. Komunikací mezi jednotlivými rotlinami a mezibuněčnou komunikací v rámci rotlinného těla e uţ po delší dobu biologové zabývají, avšak obor rotlinné neurobiologie je velice mladý, málo rozvinutý a aktivně e jím zabývá poměrně málo lidí. Experimenty regitrací elektrické aktivity rotlin pomocí elektromyografu a vyhodnocení dat protřednictvím matematické metody nazývané vlnková analýza nebyly dopoud publikovány. Jedná e tedy o pilotní tudii. 8
1. Hitorie rotlinné neurobiologie První kdo objevil akční potenciály (zkráceně jen AP) u rotlin, byl roku 1873 Burdon-Sanderon. Sanderon tudoval akční potenciály probíhající u mucholapky podivné po mechanickém podráţdění. Zjitil, ţe mezi podnětem a AP je,2 -,3 ekundy prodleva a jednotlivé vzruchy probíhají v intervalu po aţ 2 ekundách. V roce 193 byly pomocí mikroelektrod AP poprvé naměřeny - dokonce dříve neţ proběhlo první intracelulární měření AP ve zvířecích buňkách. Roku 19 byly rotlinné AP porovnávány potenciály v lidkých nervech a byla mezi nimi nalezena určitá podobnot, ačkoliv iontové kanály, záadní pro šíření akčních potenciálů, byly v rotlinách objeveny aţ roku 1984. První kompletnější hrnutí přináší Sibaoka (1966, 1969) a Pickard (1973), kteří potvrdili, ţe všechny vyšší rotliny mohou elektrické ignály vyuţívat. Poměrně nedávno byly v rotlinách objeveny neurotranmitery (glutamin, dopamin, erotonin), ačkoliv jejich funkce zatím není objaněna. V rotlinách ice nenajdeme dokonale vyvinutý nervový ytém, ale najdeme u nich jednoduchou nervovou íť, zvláště mezi buňkami floému. Zmiňované buňky jou zodpovědné za komunikaci na delší vzdálenoti. Nejvíce aktuální otázka oučanoti je, zda mají rotliny mozek. Na tuto otázku hledá odpověď mnoho vědců a většina došla k závěru, ţe rotliny ice mozek nemají, ale mají vědomí. Uvědomují i, kde e nachází, vnímají vé okolí a jou chopny na něj vhodně reagovat. Michael Pollan (213) e k této otázce vyjádřil náledovně: Rotliny mají analogové truktury, mají cety jak pobírat všechny zíkané informace z jejich kaţdodenního ţivota, vyhodnotit je a vhodně reagovat. Toto jou chopny udělat abencí mozku, coţ je z určitého pohledu neuvěřitelné, protoţe my automaticky předpokládáme, ţe k takovéto činnoti je mozek naproto nezbytný. Bioloţka Monica Gagliano provedla pokuy na rotlině Mimoa pudica, kterými dokázala, ţe má rotlina i paměť. Setavila aparaturu, která timulovala volný pád a kaţdých -6 ekund pouštěla rotlinu Mimoa pudica bez rizika jejího poškození. Po prvních pěti aţ šeti pokuech Mimoa přetala na pád reagovat klápěním vých litů. Aby e Gagliano převědčila, ţe Mimoa není jen unavená, tak rotlinou pouze zatřála a Mimoa okamţitě klopila vé lity. Tento poku byl opakován odtupem týdne po dobu celkem 4 týdnů a náledně odtupem měíce a ve všech případech Mimoa pouštění ignorovala. Dále uţ Gagliano tetováním nešla, ale je moţné, ţe jou rotliny chopny pamatovat i ještě mnohem déle. V porovnání: například včely jou chopné pamatovat i pouze 48 hodin (Pollan, 213). Důvodem, proč i rotliny vytvořily cety pro elektrickou ignalizaci, je pravděpodobně potřeba rychle reagovat na vnější podněty - například na treový faktor ţivotního protředí. Bylo zjištěno, ţe rotliny mají 1 aţ 2 různých odpovědí na tav protředí (Pollan, 213). Elektrická ignalizace je pravděpodobně pro přeno informací na delší vzdálenoti výhodnější neţ ignalizace chemická (pomocí hormonů). 9
2. Rozdíl v ţivočišné a rotlinné elektrické komunikaci Ţivočichové na rozdíl od rotlin mají nervovou outavu, která umoţňuje přeno akčních potenciálů. Avšak abence nervových vláken rotlinám tuto formu komunikace neznemoţňuje. Pro její přeno e pouze uplatňují jiné metody, fungující na tejném principu. Rotlinné akční potenciály e šíří po membránách floémových buněk. Floém je lýková čát cévních vazků, která e kládá z ţivých protáhlých buněk, které nemají jádro a jejich příčné přepáţky jou proděravělé. Proto neou název ítkovice (obrázek 2). Funkcí floému je vedení aimilátů z litů na míta potřeby. U ţivočichů je základní funkční a hitologická jednotka nervové tkáně neuron neboli nervová buňka (obrázek 3). Jou to vyoce pecializované buňky, chopné přijímat, vét, zpracovávat a odpovídat na vzruchy. Přenáší a zpracovávají informace z vnitřního i vnějšího protředí a tím podmiňují chopnot organimu na ně reagovat. Neuron e kládá z těla a výběţků dvojího druhu. Dendrity, které jou kratší, mají na tarot vedení ignálu dotředivě z jiných nervových buněk k tělu neuronu nebo ze mylových buněk a axon (neurit) - dlouhý výběţek délky aţ jeden metr, který vede odtředivé impuly - akční potenciál. Míto poje těla neuronu axonem e nazývá iniciální egment. Neurit je vodivou čátí neuronu, je kryt myelinovou pochvou, tvořenou Schwannovými buňkami. Výjimku tvoří neurony CNS, kde je ai 4 % axonů bez obalů (holá vlákna). V myelinové pochvě jou Ranvierovy zářezy urychlující vedení vzruchu. Synape je míto pojení neuronů, ignál elektrický e zde mění na ignál chemický a v ynaptické štěrbině (cca 2 nm) dochází k vyloučení neurotranmiterů, coţ způobuje vznik ynaptického potenciálu na dalším neuronu. Neurotranmitery e uvolňují do ynaptické štěrbiny, náleduje dočané otevření iontových kanálů, přetup iontů Na + a dochází k depolarizaci membrány (čím více neurotranmiteru e uvolní, tím větší je depolarizace). Akční potenciály jou u ţivočichů výrazně rychlejší, protoţe jou vedeny "přímo", po drahách vytvořených pouze k jejich šíření. Z elektrochemického hledika jou truktury floému i axonu duté trubičky naplněné roztokem elektrolytu. Délka axonu i floému můţe být několik metrů dlouhá o průměru 1 mm. Obrázek 2: rotlinné pletivo floém (zdroj obrázku: http://www.lidehare.net/mobile/otnielvi ctoryfa/floem) Obrázek 3: neuron (zdroj obrázku: http://www.neuropychologyketche.com/neu ron.html)
3. Typy elektrických ignálů u rotlin 3.1 Klidový potenciál Klidový membránový potenciál vzniká v důledku rozdělení kladných a záporných nábojů na opačných tranách buněčné membrány v podmínkách fyziologického klidu. Vzhledem k tomu, ţe fofolipidová dvojvrtva je dobrý elektrický izolátor, přeno iontů je ukutečňován pomocí iontových kanálů nebo aktivním přenoem. V klidu je permeabilita membrány pro ionty Na + a Ca 2+ relativně nízká - iontové kanály jou pro ně uzavřené, avšak pro K + je poměrně vyoká - kanály jou čato otevřené. Proto e klidový membránový potenciál blíţí rovnováţnému potenciálu pro ionty K +. Uvnitř buňky e tedy nalézají velké organické anionty, které e kvůli vým velkým rozměrům nemohou z buňky dotat. Hodnoty klidového potenciálu nabývají hodnot od -8 do 2 mv. Obrázek 4: chéma membránového potenciálu (zdroj obrázku: http://en.m.wikipedia.org/wiki/membran e_potential) 3.2 Akční potenciál (AP) Akční potenciály jou rychle e šířící elektrické vzruchy dobře známé u ţivočichů. Jejich vznik u zvířat je způoben tokem Na + dovnitř (depolarizace) a tokem K + ven (repolarizace), kdeţto u rotlin hrají roli toky K +, Cl -, Ca 2+ (Hedrich & Becker, 1994). Vzorovými exempláři pro měření AP rotlin byly gigantické buňky zelených řa Chara (paroţnatka) a Nitella (kleněnka). Měření na těchto rotlinách odhalila, ţe akčnímu potenciálu ai o m předchází zvýšení hladiny Ca 2+. Ke vzniku potenciálu dochází podle principu vše či nic. AP je generován v případě, ţe podnět doáhne určité hodnoty a jeho náledné zvyšování uţ dále neovlivní rychlot ani amplitudu akčního potenciálu. Neboli rychlot ani amplituda AP nezávií na íle ani typu podnětu (Pyatygin et al., 211). Akční potenciály jou způobeny pohyby vápenatých iontů pře membránu, coţ umoţňuje jejich jednoduché převedení na chemickou úroveň. AP e mohou šířit z buňky do buňky a v případě, ţe doáhnou floému, e mohou efektivně šířit do celé rotliny. Floém prochází celou rotlinou a najdeme v něm elementy zvané ítkovice, které tvoří nízkoodporovou íť vhodnou pro přeno akčního potenciálu. V ítkovicích je přeno umoţněn iontovými kanály (hlavně kanály K + ) v jejich plamatických membránách. Po odeznění AP natává perioda, ve které buňky nejou chopné excitace. U rotlin má tato perioda výrazně delšího trvání neţ u zvířat (, m avčí nerv, 4-4 Characeae; Fromm et Lautner, 27). 11
Obr{zek : chéma variačního potenci{lu (Fromm et Lautner, 27) 3.3 Variační potenciál (VP) Variační potenciál nebo také low wave potenciál, takto nazývaný pro vou výrazně pomalejší repolarizaci, je dalším druhem elektrického ignálu. Záadní rozdíl od akčního je ve výrazně delší, opoţděnější repolarizaci a širokém rámci variací. Variační potenciál je vyvolán mechanickým podráţděním (popálením či zraněním). Tento ignál závií na intenzitě podnětu. Souvií e změnami hydraulického tlaku a díky tomu ţe je jeho šíření čitě mechanické, můţe procházet mrtvými pletivy - na rozdíl od akčního potenciálu e tedy šíří xylémem. Je pro něj charakteritické, ţe e vzrůtající vzdálenotí od míta podráţdění kleá amplituda a rychlot ignálu. 4. Metody měření elektrických ignálů Jou dvě hlavní metody měření elektrických potenciálů: extracelulární a intracelulární. Extracelularní je mnohem čatější, náze proveditelná a její hlavní výhoda počívá v moţnoti dlouhodobého měření (i několik dnů). Tato metoda má další dvě moţnoti provedení. Buď pomocí povrchových elektrod, které e aplikují na lit nebo jinou čát rotliny nebo pomocí jehlových elektrod, které e napíchnou do určité čáti rotliny. Měření uţitím jehlových elektrod je ice výrazně citlivější, ale rotlina reaguje i na amotný vpich, coţ můţe být někdy komplikací. Příkladem povrchového měření je například elektromyograf (EMG), elektrokardiograf (EKG) a elektroencenfalograf (EEG), který má nedocenitelné vyuţití v medicíně. Intracelulární metoda je mladší a komplikovanější a měření mohou trvat pouze krátce (1-2 hodiny), protoţe elektrolyt po nějaké době z elektrody vyprchá, čím e mění původní bioelektrické podmínky. K měření e vyuţívají kleněné mikroelektrody o průměru menším neţ 1 mm. Jedna elektroda je povětšinou pomocí micromanipulátorů vloţena do cytoplamy (nebo vakuoly), zatímco druhá etrvává v okolí buňky a louţí tak jako referenční (zemnící) elektroda. Od roku 1994 e k realizaci této metody někdy pouţívají mšice. Na lit je přeneena mšice a je ponechána pře noc. Mšice e začne krmit a zavede vůj tilet do rotliny, náledně je "odtřelena" laerovým impulzem, avšak její tilet zůtane zavedený do rotliny. Na tilet e náledně připojí hrot kleněné mikroelektrody. Úpěšnot této techniky značně závií na tavu tiletu (na jeho vnitřním průměru a funkčnoti) a na vzniku dobrého olného můtku 12
mezi cytoplamou buňky a mikroelektrodou. Touto technikou je moţno měřit akční potenciály bez provedení přídatného mechanického poškození rotlině a louţí hlavně k zaznamenávání akčních potenciálů vyvolaných fyzikálním podráţděním litu (Fromm et Lautner, 27). Obrázek 6: Metody měr ení elektrických potenciálů rotlin: (a) extracelularní měr ení pomocí čtyr elektrod umítěných na rotlině a jedné referenční elektrody v půdě (b) intracelulární měr ení: jedna elektroda je aplikována do cytoplazmy buňky a druhá etrvává v její blízkoti (c) krmící e mšice, jejíž tilet je zaveden v rotlině (d) tilet, který zůtane v rotlině po odtr elení mšice laerovým impulzem a na který je náledně napojena kleněná mikroelektroda (Fromm et Lautner, 27) 13
. Zpracování biologického ignálu Cílem zpracování ignálu je extrakce poţadované informace, jeţ můţe být v ignálu kryta. Většina reálných ignálů je analogových a jelikoţ je základním nátrojem zpracování ignálu počítač, je nutné ignál převét do digitální (čílicové) podoby. K převedení louţí analogově-digitální převodník. Výledným produktem naší práce je většinou graf, takţe je potřeba pomocí digitálně-analogového převodníku záznam opět převét do analogové podoby. Naším cílem je, aby odchylky mezi vtupním a výtupním ignálem byly co nejmenší. S tím ouvií vzorkovací frekvence neboli kmitočet A/D převodníku. Je-li vzorkovací frekvence například Hz znamená to, ţe v kaţdé vteřině převedeme vzorků ignálu. Kdyţ je vzorkovací frekvence příliš nízká, nelze jiţ z vzorků ignálu zrekontruovat původní ignál. Tento jev e nazývá aliaing. Naopak pokud je vzorkovací frekvence příliš vyoká, zatěţujeme neúměrně paměť počítače. Artefakty jou jevy, které nemají fyziologický původ ve vyšetřovaném orgánu. Jou způobeny fyziologickými a vnějšími vlivy. V případě mého experimentu byly způobeny pohyby lidké ruky při haptickém kontaktu a provedeným mechanickým poškozením. Artefakty je nutné ze záznamu odtranit. Obr{zek 7: chéma zpracov{ní ign{lu (Mohylov{, Krajča; 24) 6. Vlnková tranformace Vlnková tranformace (WT z anglického wavelet tranform) je druhem lineární tranformace ignálu, která umoţňuje čaově-frekvenční popi ignálu. Na základě těchto zmíněných dvou parametrů je výledkem tranformace dvojrozměrná funkce, jejíţ graf e nazývá calogram nebo také vlnková mapa. Exitují dva základní druhy WT. Spojitá vlnková tranformace (CWT z anglického continuou wavelet tranform), která vyţaduje větší operační paměť, avšak její zobrazení je čato mnohem názornější a dikrétní vlnková tranformace (DWT - dicrete wavelet tranform), v případě dikrétních parametrů. WT nám umoţňuje, na rozdíl od jiných typů tranformací detailně zkoumat ignály neperiodické, přechodné a přerušované. Vlnková tranformace vyuţívá funkcí pro vůj tvar zvané vlnky. Tranformace e vyuţívá k zíkání odlišné reprezentace ignálů, ze kterých je popi a extrakce poţadovaných ignálů jednodušší. Z pohledu matematiky e tedy jedná o korelaci vlnky analyzovaným ignálem. Vlnkou můţe být manipulováno dvěma způoby: čaovým pounutím vlnky (tranlace) a roztaţením/tlačením vlnky (dilatace). (Vítek, 211; Polanký, 211) 14
Příklad hodnocení grafu zíkaného pomocí výpočtu vlnkové tranformace Obrázek 7: chématický popi škálogramu Předtavený graf (obrázek 7) by byl hodnocen náledovně: Nejprve hledáme dominantní frekvenci kontinuální pá napříč grafem A (graf vlevo) o dané frekvenci, který doahuje vyšších amplitud neţ zbytek grafu. Amplituda je vyjádřena pomocí barevné tupnice v grafu B. Tudíţ v tomto případě je dominantní frekvence (oa y) 2-4 Hz o amplitudě cca 1 µv. Určení dominantní frekvence znázorňuje červená šipka, určení amplitudy šipka oranţová. Oa x grafu A předtavuje ča v ekundách. Předtavený záznam je tedy pouze čátí a předtavuje čaový úek 3-4. Graf B je tvořen dvěma křivkami. Červenou znázorňující maximální hodnoty a černou reprezentující hodnoty průměrné. Obě dvě křivky e zároveň vztahují na frekvenci (oa y graf A) a amplitudu (oa x graf B). Barevné pektrum e u kaţdého grafu upravuje vůči maximálním hodnotám (měřítko e mění), proto je nezbytné ledovat u grafu B ou y a vţdy i uvědomit v jakém rozmezí µv e zrovna pohybujeme. 7. Poznatky z předchozích experimentů Tato práce je rozšířením mé dřívější tudie na rotlinách Aloe Vera, Spathiphilium a Hoya carnoa. Jejím hlavním cílem bylo zjitit, zda lze elektromyografický přítroj vyuţít k měření elektrické aktivity rotlin, coţ bylo dokázáno jako moţné. Prováděla jem pokuy, při kterých jem zkoumala reakce rotlin na haptický kontakt a mechanické poškození náledující po zvukovém podnětu vydávaném z mobilního zařízení. Přílušné reakce jem pak porovnávala elektrickou aktivitou rotlin v klidových podmínkách (graf 1). 1
RT Front dx, uv Coiflet 18-1 - 1 2 2 3 3 4 4 6 Graf 1: rotlina Spathiphilium první elektroda klidový režim uv Výledky experimentu ukázaly, ţe rotliny reagují na haptický kontakt, ačkoliv reakce e u jednotlivých exemplářů rotlin lišily. Aloe Vera a Spathiphilium (graf 2) vou elektrickou aktivitu zvyšovaly, Hoya carnoa reagovala níţením elektrické aktivity. Důleţité je zmínit, ţe Hoya carnoa pocházela z mítnoti, kde měla minimální kontakt lidmi na rozdíl od zbylých rotlin, které od kořenáčku vyrůtaly "ve polečnoti". Můţeme tedy zvaţovat i vliv hitorie rotlin na druh jejich reakce. Při mechanické poškození všechny rotliny níţily vou elektrickou aktivitu (graf 3). RT Front dx, uv Coiflet 18-1 - 1 2 2 3 3 4 4 6 Graf 2: rotlina Spathiphilium první elektroda haptický kontakt uv 2 - RT Front dx, uv Coiflet 18 1 1 2 2 3 3 4 4 6 6 uv Graf 3: rotlina Spathiphilium první elektroda mechanické poškození Rotliny Spathiphilium a Hoya carnoa reagovaly i na příchozí telefonní ignál a to ještě před začátkem jeho vyzvánění (graf 4). V jejich záznamech tudíţ byly dva typy artefaktů: jeden jako reakce na příchozí telefonní ignál, druhý jako reakce na vyzvánění. Velikot 16
artefaktů e potupně niţovala, neboli na dané podmínky e rotliny potupně aklimatizovaly (Brian J. Ford, 1999). Zvukový artefakt Artefakt mechanického poškození Graf 4: rotlina Hoya carnoa druhá elektroda mechanické a zvukové artefakty V ouviloti touto reakcí bych ráda zmínila experimenty prováděné v devadeátých letech na Imperial College London, které v rotlinném těle objevily mylové buňky chopné vnímat elektrické jevy. Uţ v dávných dobách bylo kontatováno, ţe tráva před bouřkou zelená, coţ bylo tímto objevem vyvětleno. Rotlina zaznamená přicházející bouřku a putí e vlna pochodů uvádějící vychlé čáti rotliny do tavu aktivního metabolimu, aby byly chopny z přicházejícího deště profitovat (Brian J. Ford, 1999). Další vnější timulu, který podněcoval reakci u rotlin, byla změna lunečního vitu, kterou rotliny i pře zataţené ţaluzie okamţitě zaznamenaly (graf ). Graf : rotlina Hoya carnoa první elektroda reakce na změnu lunečního vitu 17
8. Diethylether 8.1 Základní vlatnoti Diethylether neboli éter je za běţných podmínek čirá, bezbarvá kapalina nízkým bodem varu a naládlou chutí. Jedná e o nejrozšířenějších loučeninu ze kupiny etherů. Je extrémně hořlavý (teplota amovznícení je uţ při 17 C), můţe tedy chytnout jen od horkého povrchu a je náchylný na tvorbu peroxidů (například výbušný diethyletherperoxid). Vyuţívá e jako běţné laboratorní rozpouštědlo a dříve jako celkové anetetikum. 8.2 Rotlinná éterová anetézie Claude Bernard provedl rozáhlou tudii na rotlinou etherovou anetézii, díky níţ mnoho ovětlil. V jedné čáti vého výzkumu umítil rotliny Mimoa pudica do kleněné nádoby éterem pod rozptýlené větlo. Vypozoroval, ţe přímé větlo zvyšuje výkonnot anetézie a je chopno rotliny i umrtit. Upané rotliny krátkodobě ztratily chopnot pohybu (Mimoa přetala klápět vé lity) v reakci na dotek, ale opět ji zíkaly v momentě, kdy byly z protředí vyjmuty. Naopak, Paul Bert (tudent C. Bernarda) dokázal, ţe ačkoliv byla citlivot rotlin narušena, periodické pohyby potiţeny nebyly. Z náledujících experimentů vyplývá, ţe anetézie ovlivňuje chopnot rotlin vnímat vnější podněty, ale ne jejich chopnoti pohybu. Studie Grémiaux et al (214) také ukázala, ţe dietylether efektivně potlačuje fotoyntézu bez narušení proceu dýchání. 18
9. Praktická čát 9.1 Cíl práce Cílem této práce je porovnat pomocí povrchového elektromyografu elektrickou aktivitu rotlin ve třech základních ituacích v klidu, při haptickém kontaktu a v průběhu mechanického poškození za normálních podmínek a po provedení éterové anetézie. Elektrická aktivita rotlin bude hodnocena pomocí metody vlnkové tranformace, která je oučátí vyhodnocovacího programu pouţitého elektromyografu. 9.2 Hypotézy 1) Předpokládám, ţe je moţné měřit elektrickou aktivitu rotlin pomocí elektromyografu. 2) Předpokládám nárůt elektrické aktivity rotlin oproti měření za klidových podmínek v reakci na haptický kontakt. 3) V reakci na mechanické poškození očekávám níţení rotlinné elektrické aktivity. 4) Předpokládám rozdíl v elektrickém chování rotlin za normálních podmínek a po éterové anetézii. 9.3 Metodika Měření probíhala v kineiologické laboratoři FTVS UK. K regitraci byl pouţit povrchový elektromyograf EMG Tele Myo mini firmy Neurodata. Vzorkovací frekvence byla 1 Hz, pámová proputnot - Hz. Zíkaná data byla zpracována v programu MyoReearch 3 Noraxon. K vyhodnocení dat jme pouţili metodu vlnkové tranformace (wavelet tranformation), která umoţňuje ledovat oučaně změny frekvenčního pektra, amplitudy a probíhajícího čau. Tato metoda umoţňuje zachytit drobné změny v charakteru probíhajících akčních potenciálů. Výběr rotliny: Hlavním faktorem při výběru rotlin bylo zachycení základních typů litů, které umoţňují aplikaci elektrod. Lity rotlin muely být dotatečně velké a chopné danou elektrodu unét. Z tohoto důvody byla vybrána Aloe vera, Spathiphilium a Scindapu (obrázek 8). Všechny rotliny pocházely z jednoho květinářtví a do laboratoře byly přineeny den před proběhnutím experimentu, aby e na dané protředí aklimatizovaly. Dané exempláře rotlin e nikdy podobných experimentů neúčatnily, tudíţ vliv rotlinné paměti nemuí být uvaţován. Obrázek 8: rotliny Aloe vera, Spathiphilium a Scindapu 19
Lokalizace elektrod: Na rotlinách e vţdy nalézaly čtyři bipólové elektrody interelektrodovou vzdálenotí 1 cm elektrody na čtyřech odlišných litech a jedna zemnící elektroda na květináči. Přené rozmítění elektrod je znázorněno na obrázcích 9-12. Obrázek 9: chéma rotliny Aloe vera pr eným umítěním elektrod a míty probíhajícího haptického kontaktu a mechanického poškození Obrázek : rotlina Aloe vera aplikovanými elektrodami Obrázek 11: chéma rotliny Spathiphilium pr eným umítěním elektrod a míty probíhajícího haptického kontakt a mechanického poškození Obrázek 12: chéma rotliny Spathiphilium pr eným umítěním elektrod a míty probíhajícího haptického kontakt a mechanického poškození 2
Potup měření: Čát A: 1. Klid 2. Haptický kontakt 3. Zvonění a mechanické poškození Čát B: Éterová anetézie rotlin Čát C: 1. Klid 2. Haptický kontakt 3. Zvonění a mechanické poškození Čát A měla tři fáze, z nichţ kaţdá trvala minut. V první fázi byla rotlina ponechána o amotě - vnější podněty jem e tak naţila minimalizovat a pokoušela jem e o měření klidových potenciálů. V druhé čáti probíhal po celou dobu měření rotlinou haptický kontakt a ledovala jem reakci rotliny na lidký dotek. S výjimkou Aloe vera amotný haptický kontakt neprobíhal na litech aplikovanými elektrodami. V poledním měření jem na mobilním zařízení natavila jako zvuk vyzvánění nepříjemný, velice hlaitý zvuk. V pravidelných dvouminutových intervalech bylo na daný telefon voláno, a kdyţ po ekundách zvuk dozněl, byla rotlina nůţkami mechanicky poškozena. Mohla jem tedy ledovat reakci rotliny jednak na zvuk a mechanické poškození a zároveň na vlnění vyílané mobilními telefony. Čát B předtavovala anetézii rotlin diethyletherem (D.E.). Pro úpěšnot měření bylo nutno v kontejneru doáhnout 1% D.E. jinak řečeno,6µl kapalného D.E. e muí vypařit v objemu 1 cm 3. V mém případě bylo pouţito 44,14 ml D.E. (,6 µl x 67914 cm 3 ) pro doaţení přílušné koncentrace. Pro měření byla etavena aparatura (obrázek 14), v níţ byly rotliny jednotlivě ponechány po dobu jedné hodiny. Po tomto čaovém úeku byla rotlina z éterového protředí vyjmuta a plynule e přešlo k měření čáti C, jejíţ potup byl identický čátí A. Pro větší přehlednot práce je do výledků zahrnuta vţdy jen první elektroda umítěna na rotlinách a záznam druhé elektrody je umítěn v přílohách. Obrázek 14: chéma rotlinné anetézie diethyletherem Obr{zek 1: průběh měření elektrické aktivity rotliny Spathiphilium 21
9.4 Výledky 9.4.1 Měření na rotlině Aloe vera Měření v klidu za normálních podmínek Výledky měření v klidu za normálních podmínek (graf 6) vykazují značnou tacionaritu nálezu. Pouze od. ekundy dochází k mírnému rozšíření dominantního frekvenčního pektra z původních 3-4Hz na 3-Hz a k nárůtu amplitudy z 3µV na 7µV. Obdobné nálezy byly patrny i u zbylých elektrod umítěných na litech 2 aţ 4 (příloha 1). Lit 1, uv Coiflet 18 1 1 2 2 3 3 4 4 6 6 7 uv 1 Graf 6: rotlina Aloe vera první elektroda měr ení v klidu Lit 2, uv Coiflet 18 3-3 Haptický kontakt za normálních podmínek Při haptickém kontaktu (graf 7) došlo při rovnání klidovým tavem k zvýšení amplitudy dominantní frekvence 3-4Hz na 1-2µV. Kolem 4. ekundy dochází ke níţení amplitudy na µv. Celkově v porovnání klidovým tavem zůtává tejné aktivní frekvenční pámo a dochází k navýšení hodnot amplitudy. U zbývajících elektrod umítěných na litech 2-4 je také patrno zvýšení amplitudy při zachování tejné dominantní frekvence (příloha 2). 1 1 2 2 3 3 4 4 6 6 7 uv 1 2 Lit 1, uv Coiflet 18-1 1 2 2 3 3 4 4 6 Graf 7: rotlina Aloe Vera první elektroda haptický kontakt za normálních podmínek uv 2 Lit 2, uv Coiflet 18-1 1 2 2 3 3 4 4 6 22 uv
Mechanické poškození za normálních podmínek Výledky vyhodnocení vlnkové tranformace zíkané z elektrických ignálů v průběhu mechanického poškození (graf 8) ukazují na odlišný charakter chování oproti předchozím měření. Dochází k rozšíření dominantního frekvenčního páma na 2-4 Hz a ke níţení jeho amplitudy v průměru na µv. Ve 48. vteřině (moment 4. třihu) natupuje útlum amplitudy na hodnoty µv a méně. Sníţení amplitudy dominantní frekvence výraznou změnou chování ve 48. minutě e vykytuje i u zbývajících elektrod (příloha 3). Lit 1, uv Coiflet 18-1 - 1 2 2 3 3 4 4 6 Graf 8: rotlina Aloe Vera první elektroda mechanické poškození - Klidový potenciál po éterové anetézii uv 1 Lit 2, uv Coiflet 18 Naměřený záznam klidového reţimu po éterové anetézii (graf 9) byl oproti předchozím měření za přirozených vnějších podmínek tacionárnější. Nedocházelo k výrazným změnám v intenzitě elektrické aktivity a dominantní frekvence rotliny zůtala na 3-4 Hz amplitudou kolem µv. Objevuje e zde ovšem další aktivita ve frekvenčním pámu - Hz amplitudou kolem µv, která ovšem není kontinuální, ale vykytuje e pulzně. Podobný ry včetně rozšířené přídatné frekvence e vykytuje i u dalších elektrod (příloha 4). 1-1 2 2 3 3 4 4 6 uv 2 Lit 1, uv Coiflet 18-1 1 2 2 3 3 4 4 6 6 uv 2 3 Graf 9: rotlina Aloe Vera první elektroda - měr ení v klidu po etherové anetézii Lit 2, uv Coiflet 18 4-4 Haptický kontakt po éterové anetézii Výledky elektrické aktivity v průběhu haptického kontaktu (graf ) po éterové anetézii ukazují výrazné navýšení amplitudy za frekvenčně tacionárního záznamu. Oproti předchozím měřením dochází ke zvýšení amplitudy dominantního frekvenčního páma 3-Hz na cca 3 µv. Přetrvává zde výkyt přídatného frekvenčního páma - Hz o amplitudě 1 1 2 2 3 3 4 4 6 6 uv 2 9 23
µv, frekvence výkytu ve rovnání klidovým záznamem po anetézii je však niţší. Obdobné trendy jou patrny v záznamech otatních elektrod (příloha ). Lit 1, uv Coiflet 18 2-2 1-1 2 2 3 3 4 4 6 Graf : rotlina Aloe Vera první elektroda haptický kontakt po éterové anetézii Mechanické poškození po éterové anetézii uv 1 3 Lit 2, uv Coiflet 18 - V průběhu čáti měření mechanickým poškozením (graf 11) rotliny dochází k pokleu amplitudy dominantní frekvence 3-4 Hz na cca µv. Přetrvává výkyt jiţ výše popiované aktivity ve frekvenčním pámu - Hz. Zbylé elektrody vykazují obdobný trend (příloha 6). 1 - - 1 2 2 3 3 4 4 6 uv 2 3 Lit 1, uv Coiflet 18 1-1 2 2 3 3 4 4 6 uv 2 Lit 2, uv Coiflet 18 3 Graf 11: rotlina Aloe Vera první elektroda mechanické poškození po éterové anetézii -3 Souhrn Dicrete výledků wavelet zíkaných tranform calogram na rotlině Aloe vera V průběhu všech měření nacházíme charakteritické frekvenční pámo 3-4 Hz, pouze při haptickém kontaktu za normálních podmínek dochází k rozšíření frekvenčního páma na 3- Hz. Amplituda této dominantní frekvence e při jednotlivých čátech experimentu měnila. Oproti 1 klidovému měření za normálních podmínek e v průběhu haptického kontaktu amplituda zvýšila a naopak při mechanickém poškození došlo k jejímu níţení. Při - porovnání reakce 1 rotliny 2 za 2normálních 3 3 podmínek 4 4 a po éterové 6anetézii uv nacházíme rozdílné hodnoty amplitudy dominantní frekvence (tabulka 1). Po éterové anetézii do- chází k jejímu zvýšení ve všech čátech experimentu. Mezi čátmi klidového měření a haptického kontaktu za normálních podmínek e hodnoty amplitud zvýšily ze 7 µv na 2 µv (procentuální nárůt 18%). Při porovnání hodnot amplitud mezi čátmi haptického kontaktu a mechanického poškození za normálních podmínek byl zaznamenán pokle z 2µV na µv, tedy na 2%. V případě éterové anetézie dochází ve tejných ituacích nejprve k ná- 24
růtu ze µv na 3 µv (procentuální nárůt 2%) a náledně k pokleu na µv, tj. o 66,6%. Při mechanickém poškození po éterové anetézii byl pokle amplitud kontinuální, v 48. ekundě nedošlo k dalšímu pokleu amplitudy jako za normálních podmínek. AMPLITUDA Měření v klidu Haptický kontakt Za normálních podmínek Procentuální nárůt/pokle 7 µv 2 µv µv 18% 7% Po éterové anetézii µv 3 µv µv Procentuální nárůt/pokle 2% 66,6% Tabulka 1 : porovnání amplitud jednotlivých čátí měr ení na rotlině Aloe vera Mechanické poškození 9.2.2 Měření na rotlině Spathiphilium Měření v klidu za normálních podmínek Výledky měření v klidu za normálních podmínek (graf 12) vykazují dominantní aktivitu na 3- Hz za průměrných hodnot amplitud 7 µv. Záznam je tacionární pouze v. je zaznamenána změna, kdy amplitudy výše zmíněného frekvenčního páma kleají na 4µV. Zbylé elektrody zaznamenaly obdobný trend (příloha 7). Lit 1, uv Coiflet 18 4-4 1 1 2 2 3 3 4 4 6 Graf 12: rotlina Spathiphilium první elektroda - měr ení v klidu za normálních podmínek - Haptický kontakt za normálních podmínek uv 2 4 7 9 Lit 2, uv Coiflet 18 Při haptického kontaktu (graf 13) došlo ve rovnání měřením v klidu ke zvýšení amplitud dominantní frekvence 2-4 Hz na 4 µv. Záznam je v celém čaovém rozmezí experimentu tacionární. Chybou přítroje byla tato čát experimentu v čae 4 přerušena. Elektrody umítěné na litech 3-4 taktéţ zaznamenaly navýšení amplitudy při zachování tejné dominantní frekvence (příloha 8). 1 1 2 2 3 3 4 4 6 uv 1 2
Lit 1, uv Coiflet 18 1-1 1-1 - - 1 2 2 3 3 4 4 Graf 13: rotlina Spathiphilium první elektroda - haptický kontakt za normálních podmínek -1 Mechanické poškození za normálních podmínek uv 2 Lit 2, uv Coiflet 18 1 Výledky vyhodnocené pomocí vlnkové analýzy záznamu mechanického poškození (graf 14) ukazují opačný fenomén oproti navýšení amplitudy v experimentální čáti haptického kontaktu (graf 13). Dominantní frekvence 2-4 Hz zůtává ve rovnání haptickým kontaktem nezměněna, ale amplitudy e niţují. V čaovém rozmezí -1 e jejich hodnoty pohybují zhruba na 8 µv. Ve 1. (první třih) dochází k dalšímu níţení amplitud na µv a méně při zachování tejné dominantní frekvence. Obdobný trend je k vidění i u zbylých elektrod umítěných na rotlině (příloha 9). 1-1 - - 1 2 2 3 3 4 4 uv 2 Lit 1, uv Coiflet 18-1 1 2 2 3 3 4 4 6 6uV Graf14: rotlina Spathiphilium první elektroda - mechanické poškození za normálních podmínek Lit 2, uv Coiflet 18 - Klidový režim po éterové anetézii Výledky zíkané z měření v klidu po éterové anetézii (graf 1) jou průběhem velmi podobné klidovému záznamu za podmínek normálních. Záznam vykazuje značnou tacionaritu. Dominantní frekvence 2-4 Hz má amplitudu cca µv. V čae 4. dochází ke níţení amplitudy dominantní frekvence na 7 µv. Elektrody 2-4 zaznamenaly obdobný fenomén (příloha ). 1 1 2 2 3 3 4 4 6 6 uv 1 3 8 26
- Lit 1, uv Coiflet 18 1-1 2 2 3 3 4 4 6uV 1 Graf 1: rotlina Spathiphilium první elektroda měr ení v klidu po éterové anetézii Lit 2, uv Coiflet 18 2-3 Haptický kontakt po éterové anetézii Naměřený záznam haptického kontaktu po éterové anetézii (graf 16) je tacionární. V porovnání záznamu výledky předcházející čáti (graf 1) dochází k zvýšení amplitudy dominantního frekvenční pámo 2-4 Hz na 4 µv. Obdobný trend je zachycen v otatních elektrodách (příloha 11). 1 1-1 - 1 2 2 3 3 4 4 6uV Lit 1, uv Coiflet 18 1-1 2 2 3 3 4 4 6 uv 2 4 Graf 16: rotlina Spathiphilium první elektroda měr ení v klidu po éterové anetézii Lit 2, uv Coiflet 18 Mechanické poškození po éterové anetézii V čáti mechanického poškození po éterové anetézii (graf 2) dochází k pokleu amplitudy dominantní frekvence 2-4 Hz na 6 µv. V intervalu - 3 e zároveň v záznamu objevuje přídatná aktivita na frekvenčním pámu -2 Hz, jejíţ výkyt není kontinuální a hodnoty amplitud e pohybují na 2 µv. Elektrody 2-4 pokytují obdobný záznam (příloha 12). 1-1 2 2 3 3 4 4 6 uv Lit 1, uv Coiflet 18 4-4 1 - - 1 2 2 3 3 4 4 Graf 17: rotlina Spathiphilium první elektroda měr ení v klidu po éterové anetézii - -2 27 uv 1 3 8 Lit 2, uv Coiflet 18 1
Souhrn výledků zíkaných na rotlině Spathiphilium Rotlina Spathiphilium byla ve většině čátí experimentu charakterizována dominantní frekvencí 2-4 µv, pouze v klidu za normálních podmínek bylo dominantní pámo na 3- Hz. Amplitudy tohoto frekvenčního páma e v jednotlivých čátech měnily. Při haptickém kontaktu docházelo k navýšení amplitudy, v reakci na mechanické poškození naopak k jejímu níţení. Rozdíly ve změně amplitud e v čáti za normálních podmínek a po éterové anetézii téměř hodovaly (tabulka 2). Za normálních podmínek došlo mezi čátmi v klidu a za haptického kontaktu k navýšení ze 7 µv na 4 µv (procentuální nárůt 471,4%). V reakci na mechanické poškození náledně došlo ke níţení amplitud na µv, tedy k úbytku na 12,3%. Nárůt amplitud mezi čátí klidového měření a haptického kontaktu po éterové anetézii byl ze µv na 4 µv (procentuální nárůt 3%). Při mechanickém poškození e amplitudy niţují na 1% (6 µv). Hlavní rozdíl nalézáme v průběhu reakcí na mechanické poškození. Při poškození za normálních podmínek došlo v čae 1 k přídatnému pokleu amplitudy. V měření po éterové anetézii byl pokle amplitud kontinuální. AMPLITUDA Měření v klidu Haptický kontakt Za normálních podmínek Procentuální nárůt/pokle 7 µv 4 µv µv 471% 88,7% Po éterové anetézii µv 4 µv 6 µv Procentuální nárůt/pokle 3% 8% Tabulka2: porovnání amplitud jednotlivých čátí měr ení na rotlině Spathiphilium Mechanické poškození 9.2.3 Měření na rotlině Scindapu Měření v klidu za normálních podmínek Výledky měření za klidových podmínek (graf 18) ukazují dominantní frekvence 2-4 Hz o počáteční amplitudě 6 µv, která e okolo 3. zvedá na 7 µv. Dále e objevuje přídatná aktivita na frekvenčním pámu -2 Hz, jejíţ výkyt je nekontinuální a frekvence výkytu e přibývajícím čaem zvyšuje k hodnotám kolem 4 µv. Podobný trend mírného navýšení amplitudy v čae je zaznamenán i u zbylých elektrod umítěných na rotlině (příloha 13). 28
Lit 1, uv Coiflet 18 1 1 2 2 3 3 4 4 6 6 uv 2 9 Graf 18: rotlina Scindapu první elektroda - měr ení v klidu za normálních podmínek Lit 2, uv Coiflet 18 1 - Haptický kontakt za normálních podmínek Naměřený záznam haptického kontaktu za normálních podmínek (graf 19) vykazuje při rovnání měřením v klidu navýšení amplitudy při zachování tejné dominantní frekvence. Amplitudy frekvenčního páma 2-4 Hz rotou přibývajícím čaem z počátečních 4 µv na koncových 8 µv. Obdobné nálezy byly zíkány i ze zbylých elektrod (příloha 14). 1 Lit 1, uv Coiflet 18 3-2 1 2 2 3 3 4 4 6 6 uv 2 3 1-1 2 2 3 3 4 4 6 Graf 19: rotlina Scindapu první elektroda haptický kontakt za normálních podmínek -3 Mechanické poškození za normálních podmínek uv 2 4 8 Lit 2, uv Coiflet 18 4 Výledky elektrické aktivity v průběhu mechanického poškození za normálních podmínek (graf 2) ukazují navýšení amplitudy při tacionární frekvenci 2-4 Hz. Oproti měření haptického kontaktu (graf 19) však dochází ke níţení amplitudy frekvenčně dominantního páma 2-4 Hz na průměrných 2 µv. Na frekvenci -1 Hz e v čae -14 vykytuje přídatná aktivita o amplitudě 1 µv, jedná e pravděpodobně o druh artefaktu. Celkové níţení amplitudy dominantní frekvence oproti měření v předchozí čáti zaznamenaly i elektrody 2-4 (příloha 1). 1-1 2 2 3 3 4 4 6 uv 29
Lit 1, uv Coiflet 18 1-1 - 1 2 2 3 3 4 4 6 Graf 2: rotlina Scindapu první elektroda mechanické poškození za normálních podmínek uv 2 3 Lit 2, uv Coiflet 18 - Měření v klidu po éterové anetézii Vyhodnocením záznamů měření v klidu po éterové anetézii (graf 21) pomocí vlnkové tranformace zíkáváme graf netacionárním průběhem. Pro majoritní čát grafu je dominantní frekvenční pámo 2-3 Hz amplitudou 1 µv ale v čaových intervalech -2, 12-22 a 27-37 e rozšiřuje na 2- Hz a oučaně e zvyšuje amplituda na 3 µv. Tento fenomén navýšení amplitudy a rozšíření frekvenčního páma byl pojen objevením zvýšeného lunečního vitu v dvou krátkých čaových intervalech a byl zaznamenán na všech elektrodách rotliny (příloha 16). 1-1 2 2 3 3 4 4 6 uv 2 Lit 1, uv Coiflet 18-1 1 2 2 3 3 4 4 6 6 Graf 21: rotlina Scindapu první elektroda měr ení v klidu po éterové anetézii - -2 Haptický kontakt po éterové anetézii uv 2 3 Lit 2, uv Coiflet 18 1 Výledkem měření haptického kontaktu po éterové anetézii (graf 22) je tacionární záznam. Dominantní frekvenční pá 2-4 Hz vykazuje neměnné amplitudy o hodnotě 3 µv. Na frekvenčním rozpětí - Hz e objevuje přídatná elektrická aktivita nekontinuálním výkytem, jejíţ průběh lze nejlépe tudovat v intervalu 1-27. Obdobnou tacionaritu dominantní frekvenci a amplitud ukazují i elektrody 2-4 (příloha 17). 1 1 2 2 3 3 4 4 6 6 uv 1 3 3
Lit 1, uv Coiflet 18 1-1 1-1 2 2 3 3 4 4 6uV 2 4 Lit 2, uv Coiflet 18 1-1 Graf 22: rotlina Scindapu první elektroda haptický kontakt po éterové anetézii Mechanické poškození po éterové anetézii V průběhu čáti mechanického poškození po éterové anetézii (graf 23) dochází k odlišnému charakteru chování, neţ bylo pozorováno na rotlině Scipdapu v předchozích čátech experimentu. V intervalu -42 dochází k navýšení amplitud z 3 µv na 3 µv dominantního frekvenčního páma 2-4 Hz. V čae 42 dochází (čtvrtý třih) ke níţení amplitudy na 2 µv při zachování tejné dominantní frekvence. Obdobný charakter záznamů výraznou změnou chování v 42. ekundě je zaznamenán i u zbylých elektrod (příloha 18). 1-1 2 2 3 3 4 4 6uV 2 4 Lit 1, uv Coiflet 18-2 1-1 2 2 3 3 4 4 6 Graf 23: rotlina Scindapu první elektroda mechanické poškození po éterové anetézii - -1 Souhrn výledků zíkaných na rotlině Scindapu uv 2 4 Lit 2, uv Coiflet 18 Prakticky v průběhu celého měření byla pro rotlinu charakteritická dominantní frekvence 2-4 Hz pouze při měření v klidu po éterové anetézii (graf 21) e frekvenční pá rozšiřuje na 2- Hz. Hodnoty amplitud e v jednotlivých čátech lišily, obecně však převaţovala 1 jejich rotoucí tendence přibývajícím čaem. V porovnání e záznamy zíkanými na rotlinách Aloe vera a Spathiphilium vykazují výledky zíkané na rotlině Scindapu mnohem menší tacionaritu. Záznamy čato obahují aktivity na přídatných frekvenčních páech - 1 2 2 3 3 4 4 6 uv 2 4 či je jejich průběh nepravidelný. Po éterové anetézii byly amplitudy dominantní frekvence kromě měření v klidu celkově niţší neţ při měření za normálních podmínek (tabulka 3). Za normálních podmínek vzrotly amplitudy v reakci na haptický kontakt ze 7 µv na 8 µv, tj. nárůt na 14%. Naopak při mechanické poškození amplitudy klely z původních 8 µv na 2 µv, tedy o 68,7%. Po éterové anetézii hodnoty mezi čátmi v klidu a za haptického kontaktu toupají 31
ze 1 µv na 3 µv (procentuální nárůt 133%) a při mechanickém poškození kleají na 2 µv o 42,8%. AMPLITUDA Měření v klidu Haptický kontakt Za normálních podmínek Procentuální nárůt/pokle 7 µv 8 µv 2 µv 14% 68,7% Po éterové anetézii 1 µv 3 µv 2 µv Procentuální nárůt/pokle 133% 42,8% Tabulka 3: : porovnání amplitud jednotlivých čátí měr ení na rotlině Scindapu Mechanické poškození 32
Dikuze Hypotéza 1: Předpokládám, ţe je moţné měřit elektrickou aktivitu rotlin pomocí elektromyografu. V průběhu experimentu e nám podařilo zachytit změny elektrické aktivity řádově v hodnotách 1 µv, které e pohybovali ve frekvenčním pámu pod Hz. Součaně jem však zachytila i íťový artefakt o frekvenci Hz. Změny elektrické aktivity nebyly u všech zkoumaných rotlin tejné a lišily e v průběhu jednotlivých fází experimentu. V reakci na haptický kontakt vyvtává otázka, zda byla měřena elektrická aktivita rotlin či zda e jednalo o elektrickou aktivitu člověku, přetoţe dominantní frekvence zůtala neměnná (případně rozšířena na 2- Hz). Zároveň byl zachycen výrazný nárůt amplitudy při rozšíření dominantního frekvenčního páu v okamţiku zvýšeného lunečního vitu v laboratoři a náledný pokle po ukončeném vitu. Tento fenomén, dle mého názoru, opět podporuje moţnot regitrace elektrické aktivity rotlin pomocí humánního přítroje určeného pro regitraci valové aktivity. Pro další experimenty bych zkuila jiné umítění zemnící elektrody a to na míto, které je vodivě pojeno rotlinou (např. vlhká hlína či tonek rotliny) a pro mechanické poškození vyuţít nevodivého předmětu. Pro větší objektivitu by bylo vhodné provádět měření v protředí kontantními podmínkami (teplotou, vlhkotí atd.). Případně náledující experiment zopakovat ve Faradayově kleci, která můţe zvýšit výtěţnot regitrované elektrické aktivity odrušením vnějšího elektromagnetického pole. Hypotéza 2: Předpokládám nárůt elektrické aktivity rotlin oproti měření za klidových podmínek v reakci na haptický kontakt. Z náledujícího experimentu vyplývá, ţe majoritní většina rotlin reaguje na haptický kontakt navýšením elektrické aktivity oproti klidovému měření. Změna chování byla zaznamenaná na všech tudovaných rotlinách. U rotlin Aloe vera (2 exempláře), Spathiphilium (2 exempláře), Scindapu bylo zaznamenáno navýšení amplitud dominantní frekvence, pouze u rotliny Hoya carnoa došlo k opačnému jevu, rep. ke níţení elektrické aktivity. Touto problematikou e zabýval jiţ Brian J. Ford, který e vé knize vyjádřil: Studie rotlinné elektrické aktivity ukázaly, že rotliny vnímají a reagují na dotek. Rotliny tedy jednoznačně zpracovávají data. Nedělají víc, než muí, ale jou dokonale adaptované na potr eby jejich života (Ford, 1999). Hypotéza 3: V reakci na mechanické poškození očekávám níţení rotlinné elektrické aktivity. V experimentech bylo potvrzeno dříve zjištěné reakční chéma rotlin na mechanické poškození náledované po zvukovém podnětu. V reakci na nepříjemné vnější faktory e elektrická aktivita rotlin oproti haptickému kontaktu niţuje. Náledující změna byla zachycena u všech zkoumaných rotlin. Kromě rotlinné reakce na mechanické poškození, byla zachycena i změna elektrické aktivity při zvukovém podnětu. Odpověď vůči tomuto faktoru e potupně zmenšovala, jakoby e rotlina daným podmínkám přizpůobila a dále je nehodnotila jako nebezpečné. Náledující vnímavot rotlin na zvukové timuly popiuje mnoho odborné literatury 33