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

К. Петерсон был поддержан студенческие доктора департамента биоинженерии и финансирование из ВВС США Research Labs. Н. Эджаз при поддержке студенчества кандидат от высшего образования комиссии Пакистана и финансирование из ВВС США Research Labs.

<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><li> Fly вскрытие должно проводиться тщательно убедившись, что мы правильно ориентироваться летать в отношении компьютерных мониторов. </li><li> Разделение шипы от H1 нейрона с шипами от всех других нейронов, чтобы получить хорошее соотношение сигнал-шум, который затем может быть использован для управления роботом надежно. </li><li> Следует проявлять осторожность, чтобы предотвратить любую нервную ткань от высыхания в ходе эксперимента. </li><li> Камеры подключены к компьютерам с помощью кабеля Ethernet. Необходимо следить, чтобы они были не слишком рано в ходе эксперимента, поскольку это будет влиять на вращение робота. </li><li> В настоящее время мы используем всплеска активности одного H1 для установки стабилизации задачу только в одном направлении рыскания вращения. Мы можем добавить второй электрод, чтобы получить сигналы от левого и правого H1 так, что мы можем изучать алгоритмы стабилизации контроля в обоих направлениях рыскания вращения. </li><li> Мы можем удалить арене содержащих вертикально ориентированных черные и белые полосы и использования лабораторных условиях, как визуальный стимул летать. Это позволит нам изучить замкнутой производительность с натуралистическим изображениям. </li><li> Робот может быть удалена из под стола и разрешено передвигаться лабораторной среде, а в замкнутом контуре. Это позволит нам исследовать алгоритмы управления, участвующих в предупреждения столкновений. </li><li> Проводов, соединяющих камеры компьютеры могут быть удалены путем внедрения беспроводных систем передачи, что дает нам совершенно безудержной роботов установки. </li><li> Показатели эффективности различных алгоритмов управления даст нам понимание того, как различные стратегии в состоянии справиться с нестационарных и переменных нейронных сигналов. Эти знания могут быть применены различные клинические и доклинические мозг-машинных интерфейсов. </li><li> Это экспериментальная установка является первым шагом на пути к записи нейронные сигналы от поведения животных. Нашей целью является местом летать на робота и использовать его нейронной активности для управления с обратной связью. В такой системе было бы в состоянии сделать запись нейронной активности с лету, когда он получает мультисенсорной стимуляции в результате движения робота. </li><li> Запись только сигналы от одной клетки. В конфигурации мы должны вас, наиболее подходящую ячейку будет H1-клетки. Изоляция ответы H1 нейрона от других нейронов с аналогичными рецептивных полей, например, H2, важно поддерживать хорошие отношения сигнал-шум для нейронных записей. Ответы H1 и H2 нейроны могут подвергаться дискриминации, отметив, что H2 имеет характерный ниже спонтанной и среднего пики темпами, чем H1 нейрона. Нейронов также может быть подвергнут дискриминации на основе их морфологии (Крапп и соавт. 2001). </li><li> Наша система позволяет сравнивать замкнутой прибыли, полученной в наших мух робот интерфейс задача стабилизации изображения, а также сравнить его производительность с замкнутой оптомоторных доходы наблюдали в предыдущих экспериментах на мух (Бендер и Дикинсон 2006 года Warzecha и др. . 1996, Гейзенберг и Вольф, 1990). Кроме того, он позволяет исследовать состояние зависит от изменений в обработке зрительной информации в рамках замкнутой условиях (Chiappe и соавт. 2010, Маймон и соавт. 2010, Лонгден &amp; Крапп 2009, Лонгден &amp; Крапп 2010). </li></ol>

<ol><li> 1) высокоскоростной ЭЛТ-мониторы (LG STUDIOWORKS 221U) </li><li> Высокоскоростные камеры (Prosilica, GC640) </li><li> Робот Platform (ASURO с пользовательскими модификациями) </li><li> Последовательный модем Bluetooth (Bluesmirf) </li><li> Micro Drive Step (прикладной движения Systems, ST5-SI) </li><li> Шагового двигателя (Sanyo Denki, 103H6704-0140) </li><li> Вольфрамовые электроды (FH-co.com - Номер кода - UEW ГВГ SE 3P1M) </li><li> Внеклеточный усилитель (НПИ EXT 10-2F) </li><li> Моторизованный микроманипулятора (Scientifica, PS-700-Z) </li><li> Стерео микроскоп (Leica, MZ95) </li></ol>

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

Нестационарного характера и изменчивость нейронных сигналов фундаментальную проблему в мозг-машина взаимодействия. Мы разработали мозг-машинного интерфейса оценить надежность различных контрольно-законы применяются к замкнутой задачи стабилизации изображения. Воспользовавшись тем, что хорошо характеризуется летать visuomotor пути мы записываем электрической активности от определили, движение чувствительных нейронов, H1, для контроля рыскания вращения двухколесного робота. Робот оснащен 2 высокоскоростные видеокамеры обеспечения визуального ввода движение летать, расположенной перед 2 ЭЛТ-мониторов компьютера. Активности нейрона H1 указывает направление и относительная скорость вращения робота. Нейронной активности фильтруется и подается обратно в рулевой системе робота с помощью пропорциональной и пропорциональная / адаптивного управления. Нашей целью является проверка и оптимизация производительности различных законов управления при замкнутой условия для более широкого применения и в других машинный интерфейс мозг.

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

Мы используем замкнутый летать-машинного интерфейса для исследования общих принципов нейронной контроля.

Экспериментальная платформа по изучению обратной связью Выполнение Брейн-машинных интерфейсов

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

Зрительный нерв размозжение мышиной моделью для изучения сетчатки выживания клеток ганглия

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

Генетических манипуляций мозжечка Granule нейронов<em&gt; Экстракорпоральное</em&gt; И<em&gt; В Vivo</em&gt; По изучению нейронных Морфология и миграция

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

В режиме реального времени электрофизиологии: Использование замкнутой протоколы к Probe нейронов динамики и Beyond

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

Замкнутые нервно-роботов экспериментов, чтобы проверить Вычислительные Свойства нейронных сетей

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

Электрофизиологические Способ записи ответов внутриклеточный амперных<em&gt; Drosophila</em&gt; Фоторецепторов и Интернейроны к световой раздражитель<em&gt; В Vivo</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

Насекомое управляемый робот: мобильный робот Платформа для оценки запаху отслеживания Способность насекомого

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

Экспериментальные модели для изучения нейропротекции кислотного посткондиционирования против церебральной ишемии

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

Использование larvae зебрафиш для изучения патологических последствий геморрагического инсульта

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

Использование Нейрон Spiking деятельности триггера закрытой петли стимулы в нейрофизиологических экспериментов

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

Последовательная блочно-лицевая сканирующая электронная микроскопия (SBEM) для исследования дендритных шипов

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