Name: designing and implementing nervous system simulations on lego robots
Uploaded: 2013-05-25T14:00:00
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Wir danken Dr. Chris Rogers (Tufts University) für die Programmierung und Manuskript Anregungen. Wir danken Alex Giuliano und Deborah Lee für Video-Produktion zu unterstützen. Finanzierung durch ein NSF Graduate Research Fellowship und einer ONR MURI in der Synthetischen Biologie zur Verfügung gestellt.

1. Aufbau der Roboter-Modell <ol><li> Wählen Sie ein Modell Organismus zu studieren, das ist in der Literatur neuroethologischen vertreten. Wirbellose Regel machen gute Kandidaten, weil ihre relativ einfache Nervensysteme gut studiert haben und werden vor allem von den angeborenen Reflexen besteht. Wir zeigen diesen Ansatz mit der amerikanischen Hummer, Homarus americanus. </li><li> Wählen Sie gut untersucht reflexive Verhaltensweisen für die Modellierung Zwecke. Wir haben die Antworten auf Hummers antenna...

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	<li>Braitenberg, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Taxis,+kinesis+and+decussation.">Taxis, kinesis and decussation.</a> Prog. in Brain Res. 17, 210-222 (1965).</li><li>Schregardus, D. S., Pieneman, A. W., Ter Maat, A., Jansen, R. F., Brouwer, F., Gahr, M. 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Bei der Einleitung biorobotic Nervensystem Simulation Experimente, es gibt ein paar wichtige Leitlinien zu folgen. Die Wahl des richtigen Modells Organismus ist entscheidend: wählen Sie ein Organismus, der leicht zu erhalten und zu pflegen ist. Wirbellose sind ideal, weil sie in der Regel nicht erforderlich institutionellen Genehmigung für Experimente und ihre Tierhaltung Bedürfnisse sind oft weniger anspruchsvoll als die der Wirbeltiere. Aus wissenschaftlicher Sicht ist es sinnvoll, ein Tier, das eine etablierte neu...

Neurophysiologische Untersuchungen in den letzten 100 Jahren enorm unser Wissen über das Nervensystem Struktur und Funktion erweitert. Allerdings hat die Mehrheit der Nervensystem Forschung bislang auf die Verwendung von isolierten Präparaten oder zurückhaltend Untertanen verlassen. Zwar gibt es viele erfolgreiche Bemühungen um die neuronale Aktivität von frei lebenden Tier 2-5 aufnehmen, stellt die biorobotic Ansatz ein wertvolles Werkzeug für Nervensystem Manipulation ermöglichen, um zu testen Systemebene Neurowissenschaften Hypothesen 6. Simulierte Nervensysteme, die auf Roboter kann experimentell manipuliert werden und ermöglichen die Erweiterung der Software-Modellierung der physischen Welt. Dieser Ansatz wurde auch in der akademischen Welt 7,8 umgesetzt, aber der Prozess des Aufbaus eine biomimetische Roboter zum Testen von Hypothesen kann teuer und zeitaufwändig sein. Wir präsentieren eine Methode, um die biorobotic Ansatz unter Verwendung eines handelsüblichen Robotik k ausführenes (LEGO Mindstorms NXT 2.0). Das Ziel dieser Methode ist es, eine schnelle und effiziente Möglichkeit, Systeme Ebene Neurowissenschaften Hypothesen über Roboter 9 oder bio-hybriden 10 verkörpert neuronalen Netzes Simulationen testen bereitzustellen. Beschleunigung des Prozesses vom Hypothese zu experimentieren verbessert Produktivität in der Forschung. Die einfache LEGO Mindstorms-Plattform bietet eine Testumgebung für biomimetische Sensoren und neuronale Netze, die wir mit den amerikanischen Hummer (Homarus americanus) demonstrieren als Modellorganismus. Das Verfahren bietet auch eine leistungsfähige Hands-on-pädagogisches Werkzeug im Klassenzimmer als Studenten entwerfen und zu manipulieren Nervensystem für ihre eigenen Roboter 11.

designing and implementing nervous system simulations on lego robots

Wir präsentieren eine Methode, um die handelsüblichen LEGO Mindstorms NXT Roboter Plattform nutzen, um Systeme Ebene Neurowissenschaften Hypothesen zu testen. Der erste Schritt des Verfahrens ist es, ein Nervensystem Simulation der spezifischen reflexive Verhaltensweisen eines geeigneten Modells Organismus zu entwickeln, hier benutzen wir den amerikanischen Hummer. Exterozeptiven Reflexe von kreuzenden (Kreuzung) neuronalen Verbindungen vermittelt werden eines Tieres Taxis zu oder weg von einem Stimulus durch Braitenberg beschrieben und sind besonders gut geeignet für die Untersuchung mit dem NXT-Plattform zu erklären. 1 Das Nervensystem Simulation programmiert wird mithilfe von LabVIEW-Software auf dem LEGO Mindstorms Plattform. Sobald das Nervensystem richtig abgestimmt wird, werden Verhaltensexperimente am Roboter und am Tier unter identischen Umgebungsbedingungen ausgeführt. Durch die Steuerung der sensorischen Milieu von den Proben erlebt, können Unterschiede in Verhaltens-Ausgänge beobachtet werden. Diese Unterschiede können auf bestimmte deficienc hinweisenies im Nervensystem Modell und dienen dazu, die Iteration des Modells für das jeweilige Verhalten unter Studie zu informieren. Diese Methode ermöglicht die experimentelle Manipulation von elektronischen Nervensystem und dient als eine Möglichkeit, Neurowissenschaften Hypothesen speziell in Bezug auf die neurophysiologischen Grundlagen der einfachen angeborenen reflexive Verhaltensweisen zu erforschen. Der LEGO Mindstorms NXT-Kit bietet eine kostengünstige und effiziente Plattform, auf der vorläufigen biomimetische Roboter-Steuerung Systeme testen. Der Ansatz ist auch für die High-School-Klassenzimmer geeignet, um als Grundlage für einen Aufschlag hands-on inquiry-based Biorobotik Lehrplan.

Eingaben von einem Hummer Krallen in sein Nervensystem vermitteln Hindernis Verhandlung in einer neuen Umgebung. Abbildung 1 zeigt einen Screenshot des Videos verwendet werden, um das Verhalten eines LEGO-Roboter (Abbildung 1A) und einem Hummer (Abbildung 1B) im Test Arena analysieren. Der Test wurde Arena zwischen Tier und Roboter Tests, außer dass das Wasser aus dem Tank für den Roboter Studien entleert unverändert. Video-Tracking-Ergeb...

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Designing and Implementing Nervous System Simulations on LEGO Robots

Ein Ansatz zur Modellierung neuronalen Netzes auf der LEGO Mindstorms Robotik-Plattform vorgestellt. Das Verfahren stellt ein Simulationstool für wirbellose neurowissenschaftlichen Forschung sowohl in der Forschung Labor und Klassenzimmer. Diese Technik ermöglicht die Untersuchung von biomimetischen Prinzipien Robotersteuerung.

Entwerfen und Implementieren von Nervous System Simulationen auf LEGO Roboter

We present a method to use the commercially available LEGO Mindstorms NXT robotics platform to test systems level neuroscience hypotheses. The first step ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Visualization of the Embryonic Nervous System in Whole-mount Drosophila Embryos

Visualization of the Embryonic Nervous System in Whole-mount Drosophila Embryos

Visualisierung des embryonalen Nervensystems in Whole-mount Drosophila Embryos

The Drosophila embryo is an attractive model system for investigating the cellular and molecular basis of neuronal development. Here we describe the ...

Forschung

Neurowissenschaften

Production of Lentiviral Vectors for Transducing Cells from the Central Nervous System

Die Produktion von lentiviralen Vektoren für die Transduktion von Zellen aus dem Zentralen Nervensystems

Efficient gene delivery in the central nervous system (CNS) is important in studying gene functions, modeling neurological diseases and developing ...

Labeling of Single Cells in the Central Nervous System of Drosophila melanogaster

Labeling of Single Cells in the Central Nervous System of Drosophila melanogaster

Beschriften einzelner Zellen im zentralen Nervensystem<em&gt; Drosophila melanogaster</em

In this  article we describe how to individually label neurons in the embryonic CNS of Drosophila melanogaster by juxtacellular injection of the ...

An Injury Paradigm to Investigate Central Nervous System Repair in Drosophila

An Injury Paradigm to Investigate Central Nervous System Repair in Drosophila

Eine Verletzung Paradigm Central Nervous System Repair in Untersuchen<em&gt; Drosophila</em

An experimental method has been developed to investigate the cellular responses to central nervous system (CNS) injury using the fruit-fly Drosophila. ...

Neural Circuit Recording from an Intact Cockroach Nervous System

Neuronalen Schaltkreis-Aufnahme von einem intakten Nervensystem Schabe

The cockroach ventral nerve cord preparation is a tractable system for neuroethology experiments, neural network modeling, and testing the physiological ...

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

In vivo optogenetische Stimulation des Nager Central Nervous System

The ability to probe defined neural circuits in awake, freely-moving animals with cell-type specificity, spatial precision, and high temporal resolution ...

Using Insect Electroantennogram Sensors on Autonomous Robots for Olfactory Searches

Mit Insekten Elektroantennogramm Sensoren auf Autonome Roboter für Riech Suchen

Robots designed to track chemical leaks in hazardous industrial facilities1 or explosive traces in landmine fields2 face the same problem as insects ...

In Situ Ca2+ Imaging of the Enteric Nervous System

In Situ Ca2+ Imaging of the Enteric Nervous System

In Situ Ca 2+ Imaging des enterischen Nervensystems

Reflex behaviors of the intestine are controlled by the enteric nervous system (ENS). The ENS is an integrative network of neurons and glia in two ...

Optical Clearing of the Mouse Central Nervous System Using Passive CLARITY

Optische Clearing der Maus Zentralnervensystem Passive CLARITY Verwendung

Traditionally, tissue visualization has required that the tissue of interest be serially sectioned and imaged, subjecting each tissue section to unique ...

Generation of 3-D Collagen-based Hydrogels to Analyze Axonal Growth and Behavior During Nervous System Development

Generation von 3-D-Kollagen-basierten Hydrogelen zur Analyse des axonalen Wachstums und Verhaltens während der Entwicklung des Nervensystems

This protocol uses natural type I collagen to generate three-dimensional (3-D) hydrogel for monitoring and analyzing the axonal growth. The protocol is ...