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
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K.ピーターソンは、米国空軍研究所からバイオと資金の部から博士課程学生の身分によってサポートされていました。 N. Ejazは、米空軍研究ラボから高等教育委員会、パキスタンと資金調達から博士課程の学生の身分によってサポートされていました。

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	<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><li>解剖は慎重に我々が正しくオリエントコンピュータのモニタに関してフライをその確実に実施する必要が飛ぶ。 </li><li>その後、確実にロボットを制御するために使用できるSN比に優れた信号を取得するために、すべての他のニューロンからのスパイクからH1のニューロンからのスパイクを分離する。 </li><li>ケアは、実験の過程で乾燥からどんな神経組織をしないように考慮してください。 </li><li>カメラはイーサネットケーブルを使用してコンピュータに接続されています。ケアは、彼らはロボットの回転に影響を与えるとして、実験中に過剰に巻かれないように注意してください。 </li><li>現在我々は、ヨー回転の一方向のみで安定化のタスクをセットアップ一つH1のスパイク活動を使用しています。我々は左と右の両方のH1からの信号を得るために第二の電極を追加することができます我々はヨーの回転の両方向に安定化制御アルゴリズムを学ぶことができるようです。 </li><li>我々は、垂直方向の黒と白のストライプを含むアリーナを削除し、その場のための視覚刺激としてのラボ環境を使用することができます。これは、私たちは自然画像と閉ループ性能を検討することができます。 </li><li>ロボットは、ターンテーブルから削除され、クローズドループ制御の間、ラボ環境での移動を許可することができます。これにより、衝突の回避に関与して制御アルゴリズムを調査することができます。 </li><li>コンピュータにカメラを接続する配線は、私たちに完全に気ままなロボットの設定を与えて、無線伝送システムを実装することによって除去することができます。 </li><li>別の制御アルゴリズムの性能指標は、私たちに異なる戦略が非定常と変数神経信号に対処することができる方法の理解を与える。この知識は、異なる臨床および非臨床ブレインマシンインターフェイスに適用できます。 </li><li>この実験は、動物の行動をから神経信号を記録するための第一歩です。私たちの目標は、ロボットにその場を配置し、閉ループ制御のための神経活動を使用することです。このようなセットアップでは、我々は、それがロボットの動きの結果として、多感覚刺激を受信して​​いる間その場から神経活動を記録することができるだろう。 </li><li>一つの細胞からの信号のみを記録します。私たちはあなたされるコンフィギュレーションでは、最適な細胞は、H1セルになります。同様の受容野を持つ他のニューロンからH1のニューロンの応答を分離する、などのH2、神経録音のSN比に優れた信号を維持することが重要です。 H1とH2のニューロンの応答は、H2が特徴的に低い自発持っているとH1のニューロンよりもスパイク率を意味することに注意することによって識別することができます。ニューロンは、その形態の基礎（クラップら、2001）に区別することができる。 </li><li>我々のシステムは、私たちは画像の安定化のタスクで私たちのフライロボットのインタフェースによって達成閉ループ利得を比較することができます、とハエ（ベンダー＆ディッキンソン2006 Warzecha らの以前の実験で観察された閉ループ微細運動の向上とその性能を比較する1996年、ハイゼンベルク＆ウルフ、1990）。さらに、それは私たちが閉ループ条件下での視覚情報処理における状態依存の変化を調査することができます（Chiappeら、2010年、マイモンら、2010年、ロングデン＆クラップ2009ロングデン＆クラップ2010）。 </li></ol>

<ol><li> 1）高速CRTディスプレイ（LG STUDIOWORKS 221U） </li><li>高速カメラ（Prosilicaは、GC640） </li><li>ロボットプラットフォーム（カスタム修正をASURO） </li><li>シリアルBluetoothモデム（Bluesmirf） </li><li>マイクロステップ駆動（応用モーションシステム、ST5 - SI） </li><li>ステッピングモーター（山洋電気、103H6704 - 0140） </li><li>タングステン電極（FH - co.com - 商品コード - UEW SHG SE 3P1M） </li><li>細胞外アンプ（NPI EXT 10 - 2F） </li><li>電動マニピュレーター（Scientifica、PS - 700 - Z） </li><li>ステレオ顕微鏡（ライカ、MZ95） </li></ol>

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

神経信号の非定常な性質や変動は、ブレインマシンインタフェースの基本的な問題です。我々は、閉ループ画像安定化のタスクに適用される別の制御法の頑健性を評価するブレインマシンインターフェースを開発しました。よく特徴フライ視覚運動経路を活用して我々は二輪ロボットのヨー回転を制御するための識別、動きに敏感なニューロン、H1、から電気的活動を記録する。ロボットは2 CRTのコンピュータのモニタの前に配置されたフライに視覚的な運動の入力を提供する2つの高速ビデオカメラが装備されている。 H1ニューロンの活動は、ロボットの回転の方向と相対速度を示しています。神経活動をろ過し、比例と適応/比例制御によってロボットの操舵系にフィードバックされます。私たちの目標はまた、脳の他のマシンインターフェースにおけるより広範なアプリケーションのための閉ループ条件下での各種制御法の性能をテストし、最適化することです。

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

我々は、神経のコントロールで一般的な原則を調査するために閉ループフライマシンインタフェースを使用してください。

ブレインマシンインタフェースの閉ループ性能を研究する実験プラットフォーム

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

網膜神経節細胞の生存を研究するために視神経挫滅モデルマウス

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

小脳顆粒ニューロンの遺伝子操作<em&gt;体外</em&gt;と<em&gt;インビボ</em&gt;ニューロンの形態と移行を研究するために、

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

リアルタイム電気生理学：プローブ神経ダイナミクスとその先にクローズド·ループ·プロトコルの使用

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

閉ループ神経のロボット実験は、神経回路網の計算特性を試験すること

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

の記録細胞内の電圧応答のための電気生理学的手法<em&gt;ショウジョウバエ</em&gt;光刺激に感光体と介在ニューロン<em&gt;インビボ</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

昆虫制御のロボット：移動ロボットプラットフォーム昆虫の匂い追跡能力を評価します

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

脳虚血に対する酸性ポストコンディショニングの神経保護を研究するための実験モデル

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

ゼブラフィッシュの幼虫を用いて出血性脳卒中の病理学的結果を研究する

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

ニューロンスパイク活性を利用して神経生理学実験における閉ループ刺激を引き起こす

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

樹状脊椎研究のためのシリアルブロック顔走査電子顕微鏡(SBEM)

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