Name: an experimental platform to study the closed-loop performance of brain-machine interfaces
Uploaded: 2011-03-10T12:00:00
Duration: 10 min 51 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about An Experimental Platform to Study the Closed-loop Performance of Brain-machine Interfaces at JoVE.com

كان مدعوما من قبل ك. بيترسون دراسية لدرجة الدكتوراه من قسم الهندسة الحيوية والتمويل من الجو الاميركي مختبرات أبحاث سلاح. كان مدعوما من قبل N. اعجاز دراسية لدرجة الدكتوراه من باكستان لجنة التعليم العالي وبتمويل من الجو الاميركي مختبرات أبحاث سلاح.

<ol>
	<li>Chiappe, E. M., Seelig, J. D., Reiser, M. B., Jayaraman, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Walking+modulates+speed+sensitivity+in+Drosophila+motion+vision.">Walking modulates speed sensitivity in Drosophila motion vision.</a> Curr. Biol. 20, 1470-1475 (2010).</li><li>Franceschini, N., Snyder, A. W., Menzel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sampling+of+the+visual+environment+by+the+compound+eye+of+the+fly:+fundamentals+and+applications.">Sampling of the visual environment by the compound eye of the fly: fundamentals and applications.</a> Photoreceptor optics. , 98-125 (1975).</li><li>Karmeier, K., Tabor, R., Egelhaaf, M., Krapp, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Early+visual+experience+and+the+receptive-field+organization+of+optic+flow+processing+interneurons+in+the+fly+motion+pathway.">Early visual experience and the receptive-field organization of optic flow processing interneurons in the fly motion pathway.</a> Vis. Neurosci. 18, 1-8 (2001).</li><li>Krapp, H. G., Hengstenberg, B., Hengstenberg, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dendritic+structure+and+receptive-field+organization+of+optic+flow+processing+interneurons+in+the+fly.">Dendritic structure and receptive-field organization of optic flow processing interneurons in the fly.</a> Jour. of Neurophys. 79, 1902-1917 (1998).</li><li>Krapp, H. G., Hengstenberg, R., Egelhaaf, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Binocular+contributions+to+optic+flow+processing+in+the+fly+visual+system.">Binocular contributions to optic flow processing in the fly visual system.</a> Jour. of Neurophys. 85, 724-734 (2001).</li><li>Longden, K. D., Krapp, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Octopaminergic+modulation+of+temporal+frequency+coding+in+an+identified+optic-flow+processing+interneuron.">Octopaminergic modulation of temporal frequency coding in an identified optic-flow processing interneuron.</a> Frontiers in Systems Neuroscience. 4, 153-153 (2010).</li><li>Bender, J. A., Dickinson, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparison+of+visual+and+haltere-mediated+feedback+in+the+control+of+body+saccades+in+Drosophila+melanogaster.">A comparison of visual and haltere-mediated feedback in the control of body saccades in Drosophila melanogaster.</a> J. Exp. Bio. 209, 4597-4606 (2006).</li><li>Longden, K. D., Krapp, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=State-dependent+performance+of+optic+flow-processing+interneurons.">State-dependent performance of optic flow-processing interneurons.</a> J. Neurophysiol. 102, 3606-3618 (2009).</li><li>Maimon, G., Straw, A. D., Dickinson, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Active+flight+increases+the+gain+of+visual+motion+processing+in.">Active flight increases the gain of visual motion processing in.</a> 13, 393-399 (2010).</li><li>Petrovitz, R., Dahmen, H., Egelhaaf, M., Krapp, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Arrangement+of+optical+axes+and+spatial+resolution+in+the+compound+eye+of+the+female+blowfly+Calliphora.">Arrangement of optical axes and spatial resolution in the compound eye of the female blowfly Calliphora.</a> J Comp Physiol A. 186, 737-746 (2000).</li><li>Warzecha, A. K., Horstmann, W., Egelhaaf, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temperature-dependence+of+neuronal+performance+in+the+motion+pathway+of+the+blowfly+Calliphora+Erythrocephala.">Temperature-dependence of neuronal performance in the motion pathway of the blowfly Calliphora Erythrocephala.</a> J Exp Biology. 202, 3161-3170 (1999).</li></ol>

<ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يطير تشريح يحتاج إلى أن تنفذ القرارات بعناية واثق من أننا توجيه بشكل صحيح يطير مع الاحترام لشاشات الكمبيوتر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فصل المسامير من الخلايا العصبية H1 من المسامير من جميع الخلايا العصبية الأخرى للحصول على اشارة جيدة لنسبة الضوضاء التي يمكن استخدامها للتحكم في الروبوت بشكل موثوق به. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وينبغي الحرص على منع أي نوع من الأنسجة العصبية من الجفاف أثناء التجربة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يتم توصيل الكاميرات إلى أجهزة الكمبيوتر باستخدام كابل إيثرنت. يجب توخي الحذر بحيث لا يتم المبالغة في الجرح خلال التجربة والتي من شأنها أن تؤثر على دوران الروبوت. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حاليا نحن نستخدم تصاعد نشاط واحد لإعداد H1 مهمة تحقيق الاستقرار في اتجاه واحد فقط للتناوب ياو. يمكننا أن نضيف القطب الثاني للحصول على إشارات من H1 كل من اليسار واليمين حتى نتمكن من دراسة خوارزميات التحكم الاستقرار في كلا الاتجاهين التناوب ياو. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يمكننا إزالة الساحة تحتوي على خطوط موجهة عموديا بالأسود والأبيض واستخدام بيئة معملية مثل التحفيز البصري للذبابة. وسوف تتيح لنا هذه الدراسة حلقة مغلقة الأداء مع الصور الطبيعية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يمكن إزالتها من الجدول الروبوت بدوره ، وسمح للتحرك في جميع أنحاء بيئة معملية أثناء وجوده في حلقة مغلقة السيطرة. هذا سيسمح لنا لتحقيق خوارزميات التحكم تشارك في تفادي الاصطدام. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يمكن إزالة أسلاك توصيل الكاميرات إلى أجهزة الكمبيوتر من خلال تنفيذ نظام البث اللاسلكي ، مما يتيح لنا الإعداد المنفلتة تماما الروبوتية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ومقاييس الأداء في مختلف خوارزميات التحكم تعطينا فهما للكيفية استراتيجيات مختلفة قادرة على التعامل مع الاشارات العصبية غير ثابتة ومتغيرة. ويمكن بعد هذه المعرفة يمكن تطبيقها على مختلف واجهات آلة الدماغ السريرية وغير السريرية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> هذا الإعداد التجريبية هي الخطوة الأولى نحو تسجيل الاشارات العصبية من التصرف الحيوانات. هدفنا هو وضع ذبابة على استخدام الروبوت ونشاطها العصبية للحلقة مغلقة السيطرة. في إعداد مثل هذه ، فإننا سنكون قادرين على تسجيل النشاط العصبي من الذبابة بينما هو يتلقى التحفيز متعدد الحواس نتيجة لحركة الروبوت. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> سجل الاشارات من خلية واحدة فقط. في التكوين يجب علينا ، فإن الخلية تكون أنسب H1 الخلية. عزل استجابات الخلايا العصبية من الخلايا العصبية الأخرى H1 مع الحقول تقبلا مماثلة ، مثل H2 ، من المهم للحفاظ على إشارة جيدة لنسبة الضوضاء عن التسجيلات العصبية. يمكن أن يكون هناك تمييز في ردود H1 و H2 الخلايا العصبية من قبل مشيرا الى ان H2 مميز وأقل عفوية ويعني معدل التشويك من الخلايا العصبية H1. يمكن أيضا أن يكون هناك تمييز الخلايا العصبية على أساس من التشكل (Krapp وآخرون 2001). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نظامنا يسمح لنا بمقارنة كسب حلقة مغلقة الذي حققه الطيران واجهة الروبوت لدينا على صورة مهمة لتحقيق الاستقرار ، ومقارنة أدائها مع المكاسب optomotor حلقة مغلقة لوحظ في التجارب السابقة على الذباب (بندر وديكنسون عام 2006 ، وآخرون Warzecha 1996 ، هايزنبرغ وولف ، 1990). بالإضافة إلى ذلك ، يتيح لنا تحقيق الدولة التي تعتمد على التغيرات في معالجة المعلومات البصرية في إطار حلقة مغلقة الشروط (Chiappe وآخرون 2010 ، ميمون وآخرون 2010 ، وLongden Krapp 2009 ، وLongden Krapp 2010). </li></ol>

<ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 1) عالي السرعة CRT عرض (LG Studioworks 221U) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كاميرات عالية السرعة (Prosilica ، GC640) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> منهاج الروبوت (مع تعديلات ASURO مخصص) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> المسلسل مودم بلوتوث (Bluesmirf) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> محرك الخطوة الصغيرة (العلوم التطبيقية ونظم الحركة ، ST5 - SI) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> السائر موتور (سانيو Denki ، 103H6704 - 0140) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> التنغستن الأقطاب الكهربائية (FH - co.com -- رمز السلعة -- UEW SHG 3P1M SE) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مكبر للصوت خارج الخلية (NPI EXT 10 - 2F) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بمحركات Micromanipulator (Scientifica ، PS - 700 - Z) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ستيريو مجهر (لايكا ، MZ95) </li></ol>

an experimental platform to study the closed-loop performance of brain-machine interfaces

الطبيعة غير الثابتة وتقلب الإشارات العصبية هي المشكلة الأساسية في الدماغ والآلة التواصل. طورنا آلة الدماغ واجهة لتقييم مدى متانة القوانين التحكم المختلفة المطبقة على مهمة تحقيق الاستقرار صورة حلقة مغلقة. الاستفادة من جيدة تتميز ذبابة مسار visuomotor نقوم بتسجيل النشاط الكهربائي من خلية عصبية حساسة للحركة التي تم تحديدها ، H1 ، للسيطرة على التناوب ياو لروبوت ذات العجلتين. وقد تم تجهيز الروبوت مع 2 كاميرات الفيديو عالية السرعة توفير المدخلات البصرية اقتراح ذبابة وضعت في الجبهة من 2 شاشات الكمبيوتر CRT. نشاط الخلايا العصبية H1 يشير إلى الاتجاه والسرعة النسبية للدوران الروبوت. يتم تصفية النشاط العصبي واعادة ادخالها في نظام التوجيه للروبوت عن طريق التحكم النسبي والنسبي / التكيفية. هدفنا هو لاختبار وتحسين أداء مختلف بموجب قوانين مكافحة حلقة مغلقة الظروف الملائمة لتطبيقها على نطاق أوسع كما في غيرها من واجهات آلة الدماغ.

Watch this Scientific Journal Video about An Experimental Platform to Study the Closed-loop Performance of Brain-machine Interfaces at JoVE.com

An Experimental Platform to Study the Closed-loop Performance of Brain-machine Interfaces

نستخدم حلقة مغلقة ذبابة الجهاز واجهة لتحقيق المبادئ العامة التي تحكم في الخلايا العصبية.

على منهاج تجريبي لدراسة الأداء حلقة مغلقة من الدماغ والآلة واجهات

The non-stationary nature and variability of neuronal signals is a fundamental problem in brain-machine interfacing. We developed a brain-machine ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

An Optic Nerve Crush Injury Murine Model to Study Retinal Ganglion Cell Survival

وسحق العصب البصري النموذجي إصابة الفئران لدراسة الخلايا الشبكية بقاء العقدة

Injury to the optic nerve can lead to axonal degeneration, followed by a gradual death of retinal ganglion cells (RGCs), which results in irreversible ...

Genetic Manipulation of Cerebellar Granule Neurons In Vitro and In Vivo to Study Neuronal Morphology and Migration

Genetic Manipulation of Cerebellar Granule Neurons In Vitro and In Vivo to Study Neuronal Morphology and Migration

التلاعب الجيني للمخيخي الحبيبة الخلايا العصبية<em&gt; في المختبر</em&gt; و<em&gt; في فيفو</em&gt; لدراسة مورفولوجيا الخلايا العصبية والهجرة

Developmental events in the brain including neuronal morphogenesis and migration are highly orchestrated processes. In vitro and in vivo analyses allow ...

Real-time Electrophysiology: Using Closed-loop Protocols to Probe Neuronal Dynamics and Beyond

في الوقت الحقيقي الكهربية: استخدام البروتوكولات ذات الحلقات المغلقة للتحقيق العصبية حيوية وما بعدها

Experimental neuroscience is witnessing an increased interest in the development and application of novel and often complex, closed-loop protocols, where ...

Closed-loop Neuro-robotic Experiments to Test Computational Properties of Neuronal Networks

حلقة مغلقة العصبية الروبوتية تجارب لاختبار خصائص الحاسوبية من الشبكات العصبية

Information coding in the Central Nervous System (CNS) remains unexplored. There is mounting evidence that, even at a very low level, the representation ...

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

الطريقة الكهربية لالردود تسجيل بين الخلايا الجهد ل<em&gt; ذبابة الفاكهة</em&gt; خلايا مستقبلة للضوء وInterneurons إلى النور المحفزات<em&gt; في فيفو</em

Voltage responses of insect photoreceptors and visual interneurons can be accurately recorded with conventional sharp microelectrodes. The method ...

Insect-controlled Robot: A Mobile Robot Platform to Evaluate the Odor-tracking Capability of an Insect

روبوت تسيطر عليها الحشرات: منصة موبايل روبوت لتقييم الرائحة تتبع القدرة من الحشرات

Robotic odor source localization has been a challenging area and one to which biological knowledge has been expected to contribute, as finding odor ...

Experimental Models to Study the Neuroprotection of Acidic Postconditioning Against Cerebral Ischemia

نماذج تجريبية لدراسة الحماية العصبية من الوضعية الحمضية ضد نقص التروية الدماغية

Stroke is one of the leading causes of mortality and disability worldwide, with limited therapeutic approaches. As an endogenous strategy for ...

Using Zebrafish Larvae to Study the Pathological Consequences of Hemorrhagic Stroke

استخدام يرقات الزيبرافيش لدراسة العواقب المرضية لسكته دماغيه نزفية

Despite being the most severe subtype of stroke with high global mortality, there is no specific treatment for patients with intracerebral hemorrhage ...

Using Neuron Spiking Activity to Trigger Closed-Loop Stimuli in Neurophysiological Experiments

استخدام العصبية النشاط Spiking لتحريك المحفزات حلقه مغلقه في التجارب الفسيولوجية العصبية

Closed-loop neurophysiological systems use patterns of neuronal activity to trigger stimuli, which in turn affect brain activity. Such closed-loop systems ...

Serial Block-Face Scanning Electron Microscopy (SBEM) for the Study of Dendritic Spines

Serial Block-Face Scanning Electron Microscopy SBEM for the Study of Dendritic Spines

المسلسل كتلة الوجه المسح المجهري الإلكترون (SBEM) لدراسة العمود الفقري Dendritic

Three-dimensional electron microscopy (3D EM) gives a possibility to analyze morphological parameters of dendritic spines with nanoscale resolution. In ...