Name: designing and implementing nervous system simulations on lego robots
Uploaded: 2013-05-25T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Designing and Implementing Nervous System Simulations on LEGO Robots at JoVE.com

Ringraziamo il Dott. Chris Rogers (Tufts University) per la programmazione e il manoscritto suggerimenti. Ringraziamo Alex Giuliano e Deborah Lee per il sostegno alla produzione video. Finanziamenti erogati da un NSF Graduate Research Fellowship e un MURI ONR in biologia sintetica.

1. Costruire il modello di robot <ol><li> Scegli un organismo modello per lo studio che è ben rappresentata nella letteratura neuroethological. Invertebrati generalmente fanno buoni candidati perché i loro sistemi nervosi relativamente semplici sono stati ben studiati e sono in prevalenza costituiti di riflessi innati. Dimostreremo questo approccio con l&#39;aragosta americana, Homarus americanus. </li><li> Selezionare ben studiato i comportamenti riflessivi per scopi di modellazione. Abbiamo scelto le risp...

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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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D., Atema, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Narrow-spectrum+chemoreceptor+cells+in+the+walking+legs+of+the+lobster,+Homarus+americanus:+Taste+specialists.">Narrow-spectrum chemoreceptor cells in the walking legs of the lobster, Homarus americanus: Taste specialists.</a> Journal of Comparative Physiology A. 146 (2), 181-189 (1982).</li><li>Tort, A. B. L., Neto, W. P., Amaral, O. B., Kazlauckas, V., Souza, D. O., Lara, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+webcam-based+approach+for+the+measurement+of+rodent+locomotion+and+other+behavioural+parameters.">A simple webcam-based approach for the measurement of rodent locomotion and other behavioural parameters.</a> Journal of Neuroscience Methods. 157 (1), 91-97 (2006).</li><li>Huxley, T. 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Quando si inizia esperimenti di simulazione del sistema nervoso biorobotic, ci sono alcune importanti linee guida da seguire. La scelta del giusto organismo modello è critica: scegliere un organismo che è facile da ottenere e mantenere. Gli invertebrati sono l&#39;ideale, perché di solito non richiedono l&#39;approvazione istituzionale per la sperimentazione e le loro esigenze di allevamento sono spesso meno esigenti di quelli dei vertebrati. Dal punto di vista scientifico, è utile scegliere un animale che ha un rec...

Indagini neurofisiologiche negli ultimi 100 anni hanno ampliato enormemente la nostra conoscenza della struttura del sistema nervoso e la funzione. Tuttavia, la maggior parte della ricerca del sistema nervoso fino ad oggi ha invocato l&#39;uso di preparati isolati o soggetti sobri. Mentre ci sono stati molti sforzi riusciti a registrare l&#39;attività neurale di comportarsi liberamente animali 2-5, l&#39;approccio biorobotic fornisce un valido strumento per consentire la manipolazione del sistema nervoso al fine di testare i sistemi di livello neuroscienze ipotesi 6. Sistemi nervosi simulati operanti sul robot possono essere sperimentalmente manipolati e permettono l&#39;estensione del software di modellazione per il mondo fisico. Questo approccio è stato ben implementato nel mondo accademico 7,8, ma il processo di costruzione di un robot biomimetico per la verifica di ipotesi può essere costoso e richiede tempo. Vi presentiamo un metodo per eseguire l&#39;approccio biorobotic utilizzando un robot disponibile in commercio kesso (LEGO Mindstorms NXT 2.0). L&#39;obiettivo di questo metodo è quello di fornire un modo rapido ed efficiente per testare sistemi livello neuroscienze ipotesi sul robotizzato 9 o bio-ibridi 10 incarnata simulazioni di reti neurali. Accelerare il processo di ipotesi di sperimentare migliora la produttività della ricerca. Il semplice piattaforma LEGO Mindstorms fornisce un banco di prova per sensori biomimetici e le reti neurali che dimostriamo con l&#39;aragosta americano (Homarus americanus) come organismo modello. Il metodo fornisce anche un potente hands-on strumento educativo in classe gli studenti in grado di progettare e gestire sistemi nervosi per i propri robot 11.

designing and implementing nervous system simulations on lego robots

Vi presentiamo un metodo per utilizzare il LEGO Mindstorms NXT piattaforma robotica disponibile in commercio per testare i sistemi di livello di neuroscienze ipotesi. Il primo passo del metodo è quello di sviluppare una simulazione del sistema nervoso di specifici comportamenti riflessivi di un adeguato organismo modello, qui usiamo l&#39;aragosta americana. Riflessi esterocettivi mediate da decussating (incrocio) connessioni neurali in grado di spiegare i taxi di un animale verso o lontano da uno stimolo come descritto da Braitenberg e sono particolarmente adatti per le indagini utilizzando la piattaforma NXT. Viene programmato 1 La simulazione del sistema nervoso utilizzando il software LabVIEW sul LEGO piattaforma Mindstorms. Una volta che il sistema nervoso è adeguatamente regolati, esperimenti comportamentali passino sul robot e sull&#39;animale sotto identiche condizioni ambientali. Controllando l&#39;ambiente sensoriale vissuta dai campioni, si possono osservare differenze di uscita comportamentali. Queste differenze possono puntare a specifiche deficiencrie del modello del sistema nervoso e servono per informare l&#39;iterazione del modello per il particolare comportamento in fase di studio. Questo metodo consente la manipolazione sperimentale dei sistemi nervosi elettronici e serve come un modo per esplorare neuroscienze ipotesi specificamente per quanto riguarda la base neurofisiologica di comportamenti riflessivi innati semplici. Il kit Mindstorms NXT LEGO costituisce una piattaforma accessibile ed efficiente su cui testare schemi di controllo di robot biomimetici preliminari. L&#39;approccio è adatto anche per l&#39;aula di scuola per servire come base per un hands-on basato sulla ricerca curriculum biorobotica.

Ingressi da artigli di un astice nel suo sistema nervoso mediano trattativa ostacolo in un ambiente nuovo. Figura 1 mostra uno screenshot del video utilizzato per analizzare il comportamento di un LEGO robot (Figura 1A) e un&#39;aragosta (Figura 1B) in ambito di test. Dell&#39;arena test è stato non modificata tra i test robot animale e tranne che l&#39;acqua è stata svuotata dal serbatoio per le prove robot. Risultati di monitoraggio vide...

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Designing and Implementing Nervous System Simulations on LEGO Robots

Viene presentato un approccio alla modellazione rete neurale sulla piattaforma robotica LEGO Mindstorms. Il metodo fornisce uno strumento di simulazione per invertebrati ricerca neuroscientifica sia nel laboratorio di ricerca e l&#39;aula. Questa tecnica permette la ricerca di principi di controllo di robot biomimetici.

Progettazione e implementazione di simulazioni del sistema nervoso su LEGO Robot

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

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Visualizzazione del sistema nervoso embrionale in Whole-mount Drosophila Embrioni

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

Ricerca

Neuroscienze

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

Produzione di vettori lentivirali per Celle di trasduzione del Sistema Nervoso Centrale

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

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Etichettatura di singole cellule nel sistema nervoso centrale di<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

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Un paradigma Infortunio per Indagare riparazione del sistema nervoso centrale in<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. ...

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In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

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In vivo optogenetic stimolazione del sistema nervoso centrale Roditore

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

Utilizzando Insetto Electroantennogram sensori sul robot autonomi per le ricerche olfattive

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In Situ Ca2+ Imaging of the Enteric Nervous System

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In Situ Ca 2+ Imaging del sistema nervoso enterico

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 ...

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

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