Name: على منهاج تجريبي لدراسة الأداء حلقة مغلقة من الدماغ والآلة واجهات (فيديو) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-03-10T12:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 51 s
Description: اكتشف كيفية استخدام نشاط خلية H1 في دماغ الذبابة للتحكم في روبوت متحرك عبر واجهة دماغ-آلة مغلقة الحلقة. تعلم استراتيجيات التحكم العصبي في الوقت الفعلي.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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/pubmed?term=((Walking+modulates+speed+sensitivity+in+Drosophila+motion+vision%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Biol%22%5BJournal%5D)">Walking modulates speed sensitivity in Drosophila motion vision.</a> Curr. Biol. 20, 1470-1475 (2010).</li>
<li>Franceschini, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sampling+of+the+visual+environment+by+the+compound+eye+of+the+fly%3A+fundamentals+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Photoreceptor+optics%22%5BJournal%5D)">Sampling of the visual environment by the compound eye of the fly: fundamentals and applications.</a> Photoreceptor optics. Snyder, A. W., Menzel, R. , Springer. Berlin Heidelberg New York. 98-125 (1975).</li>
<li>Karmeier, K., Tabor, R., Egelhaaf, M., Krapp, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Early+visual+experience+and+the+receptive-field+organization+of+optic+flow+processing+interneurons+in+the+fly+motion+pathway%5BTitle%5D)+AND+%22Vis.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Dendritic+structure+and+receptive-field+organization+of+optic+flow+processing+interneurons+in+the+fly%5BTitle%5D)+AND+%22Jour.+of+Neurophys%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Binocular+contributions+to+optic+flow+processing+in+the+fly+visual+system%5BTitle%5D)+AND+%22Jour.+of+Neurophys%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Octopaminergic+modulation+of+temporal+frequency+coding+in+an+identified+optic-flow+processing+interneuron%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Systems+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((A+comparison+of+visual+and+haltere-mediated+feedback+in+the+control+of+body+saccades+in+Drosophila+melanogaster%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Bio%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((State-dependent+performance+of+optic+flow-processing+interneurons%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Active+flight+increases+the+gain+of+visual+motion+processing+in%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Arrangement+of+optical+axes+and+spatial+resolution+in+the+compound+eye+of+the+female+blowfly+Calliphora%5BTitle%5D)+AND+%22J+Comp+Physiol+A%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Temperature-dependence+of+neuronal+performance+in+the+motion+pathway+of+the+blowfly+Calliphora+Erythrocephala%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Biology%22%5BJournal%5D)">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>

على منهاج تجريبي لدراسة الأداء حلقة مغلقة من الدماغ والآلة واجهات

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.

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

تُعد الطبيعة غير المستقرة والتباين في الإشارات العصبية مشكلة أساسية في واجهات التفاعل بين الدماغ والآلة. لقد قمنا بتطوير واجهة تفاعل بين الدماغ والآلة...

نستخدم نشاط خلية عصبونية بينية بصرية في دماغ الذبابة، وهي الخلية H one، للتحكم في محركات روبوت متحرك. يتم وضع الروبوت على طاولة دوارة تدور باستمرار، ويُستخدم نشاط الخلية لتثبيت الروبوت بالنسبة للبيئة المحيطة ضد الحركات الخارجية. يتم أخذ عينات من صور حركة الأنماط المسجلة من الروبوت وإرسالها إلى شاشتي كمبيوتر CRT، موضوعتين أمام الذبابة.تشير إشارات خلية H1 المقاسة بوحدة نبضة في الثانية إلى سرعة حركة النمط. بعد ذلك، يتم تطبيق قوانين تحكم مختلفة لتحويل عدد النبضات المسجلة في الثانية إلى إشارة تحكم لمحركات الروبوت. مرحباً، أنا نافيتا جوش من مختبر هولغر كروبس في قسم الهندسة الحيوية في جامعة إمبريال كوليدج لندن.أنا كريس بيترسون، من مختبر هولجر كب أيضاً. مرحباً، أنا هولجر كب. سنعرض لكم اليوم إجراءً لإنشاء واجهة دماغية آلية بين خلايا فردية في النظام البصري للذبابة وروبوت.نستخدم هذا الإجراء لاختبار أداء استراتيجيات تحكم مختلفة باستخدام الإشارات العصبية للتحكم في الأنظمة الروبوتية تحت ظروف الشفاه المغلقة. لذا، دعونا نبدأ. للبدء في تحضير الذبابة، قم بتبريدها على الثلج، ثم استخدم أعواد كوكتيل غير حادة لتثبيت الأجنحة لأسفل وتثبيت ظهر الذبابة على قطعة من شريط لاصق مزدوج الوجه على شريحة مجهرية. بعد ذلك، استخدم شمع النحل لتثبيت الأجنحة بالشريحة وأيضاً لمنع عمل محرك الطيران.تتطلب هذه الخطوة تعاملاً سريعاً ودقيقاً لضمان عدم ارتفاع درجة حرارة الذبابة أثناء الإجراء. الآن، وتحت المجهر، أمسك كل ساق باستخدام الملاقط واستخدم مقصاً صغيراً لقطعها من المفاصل الأقرب إلى الجسم. كرر هذه العملية بالنسبة للخرطوم.لمنع جفاف الذبابة، يجب سد الثقوب بالشمع. بعد ذلك، يتم قطع أحد الجناحين، ثم تُقلب الذبابة على جانبها. تُزال أي قطع متبقية من الجناح مع الإبقاء على katra، وتغطى Hal tears ثم يُسد الثقب بالشمع.كرر هذا الإجراء للجناح الآخر. ولتحفيز عصبون مستهدف بطريقة محددة، يجب محاذاة رأس الذبابة بشكل صحيح مع شاشات الكمبيوتر. وللقيام بذلك، ستحتاج إلى حامل مخصص يحتوي على مساحة واسعة لجسم الذبابة وملحق في أحد طرفيه به ثلمة مقطوعة حيث سيتم وضع رقبة الذبابة.ضع الذبابة على الحامل بحيث يكون عنقها في الثلمة، مع الضغط عليها للأسفل أثناء لصق البطن في مكانه. الآن، ضع حامل الذبابة في حامل بحيث يمكنك رؤية مقدمة رأس الذبابة عبر المجهر. عند فحص الذبابة باستخدام الضوء الأحمر، يمكن رؤية ظاهرة بصرية تسمى الحدقة الكاذبة في كل عين.إذا اتخذ التلميذ الكاذب شكلاً معيناً، فإن اتجاه رأس الذبابة يكون محدداً بدقة. استخدم مجهرًا مناوراً لتوجيه رأس الذبابة بشكل صحيح، ثم استخدم الشمع لتثبيته في الحامل. بعد ذلك، اضغط على الصدر ليكون مسطحاً ثم ثبته بالشمع على الحامل.يسمح هذا بفتح الكبسولة الرأسية الخلفية بحيث يمكن إدخال الأقطاب الكهربائية في دماغ الذبابة؛ استخدم مشرطاً مجهرياً أو إبرة حقن دقيقة لقطع نافذة بعناية في كيوتيكل الكبسولة الرأسية اليمنى. كن حذراً من قطع الأنسجة العصبية الموجودة مباشرة تحت الكيوتيكل. وبمجرد إزالة قطعة الكيوتيكل، أضف بضع قطرات من محلول رينجر.استخدم الملقط لإزالة أي شعر عائم، أو ترسبات دهنية، أو أنسجة عضلية قد تغطي صفيحة LOA. يمكن التعرف على صفيحة LOA من خلال نمط تفرع مميز من القصبات الفضية التي تغطي سطحها الخلفي. اصنع ثقباً صغيراً في كيوتيكل كبسولة الرأس الخلفية اليسرى لوضع قطب مرجعي بعد تجهيز الذبابة.دعونا نرى كيفية وضع قطب التسجيل. يجب وضع قطب التسجيل على مقربة شديدة من العصبون H1. يستجيب العصبون H1 بشكل أساسي للحركة الأفقية من الخلف إلى الأمام التي تُعرض على مجاله الاستقبالي.لتحديد موضع قطب التسجيل، استخدم القصبة الهوائية كعلامة بصرية. ضع القطب في البداية بين الجزء العلوي من القصبة الهوائية. ومن المفيد استخدام مضخم صوتي لتحويل الجهود الكهربائية المسجلة إلى إشارات صوتية.يتم تحويل كل نبضة عصبية فردية إلى صوت نقرة مميزة. وكلما اقترب القطب الكهربائي من عصبون فردي، أصبح صوت النقرة أكثر وضوحاً. ولتحديد العصبون H1 من خلال تفضيله للحركة، قم بتحفيزه بحركة في الاتجاه الأفقي.بعد وضع قطب التسجيل في مكانه، سننتقل الآن إلى التحفيز البصري والتسجيلات. للبدء، ضع ذبابة أمام شاشتي كمبيوتر من نوع CRT. ونظراً لأن النظام البصري للذبابة أسرع بـ 10 مرات من النظام البصري البشري، يجب أن تعرض الشاشات 200 إطاراً في الثانية.تقع مراكز الشاشات عند زائد أو ناقص 45 درجة بالنسبة لاتجاه الذباب. وكما يظهر من خط استواء عين الذبابة، تشغل كل شاشة زاوية قدرها زائد أو ناقص 25 درجة في المستوى الأفقي وزائد أو ناقص 19 درجة في المستوى الرأسي. يتم توفير المدخلات لشاشات الكمبيوتر بواسطة كاميرتين للفيديو مثبتتين على روبوت SRO صغير بذراعين تم تعديله من أجل التجربة.ضع الروبوت على قرص دوار داخل منطقة أسطوانية مبطنة جدرانها بنمط من الخطوط الرأسية باللونين الأبيض والأسود. ومن خلال تدوير القرص الدوار في المستوى الأفقي، تقتصر حركات الروبوت على درجة حرية واحدة فقط. في البداية، يكون كل من القرص الدوار والروبوت في حالة سكون.عندما يبدأ القرص الدوار في التحرك، فإن دورانه يحمل الروبوت في نفس الاتجاه، وتقوم كاميرات الفيديو بتسجيل الحركة النسبية بين الروبوت والنمط المخطط للساحة. تم تركيب كاميرات الفيديو التي تعمل بالبطارية على الروبوت بزاوية توجيه تبلغ زائد أو ناقص 45 درجة. وهي تلتقط 200 صورة في الثانية لتتطابق مع معدل إطارات شاشات الكمبيوتر الموجودة أمام سجل الذباب.تُعرض الصور على شاشات الكمبيوتر بمعدل 200 إطار في الثانية وبدقة 40×80 بتدرج رمادي. وأثناء مراقبة الذبابة لتحركات النمط المخطط، يتم تسجيل الإشارات الكهربائية الممررة عبر مرشح نطاقي (band passed filtered)، على سبيل المثال بين 30-2 kilohertz، باستخدام لوحة استحواذ رقمية وبمعدل أخذ عينات لا يقل عن 10 kilohertz. يتم تطبيق حد عتبة (threshold) على الإشارات الكهربائية الممررة عبر المرشح النطاقي لفصل النبضات (spikes) عن نشاط الخلفية.يتم إجراء عملية التلافيف لمرشح غاوسي نصفي سببي مع النبضات للحصول على تقدير سلس لنشاط النبضات لخلية H one لإغلاق حلقة واجهة الدماغ والآلة. وتُستخدم خوارزمية تحكم لتحويل معدل النبضات لخلية H one إلى سرعة الروبوت، والتي يتم تغذيتها راجعة عبر واجهة Bluetooth للتحكم في محركي DC اللذين يقودان عجلات الروبوت. وقد اختيرت موجات جيبية نقية كملفات تعريف للسرعة لمنصة الدوران.تمتلك موجات الإشارة إزاحة مستمرة (DC offset) بحيث لا يدور القرص الدوار إلا في الاتجاه الذي يحفز العصبون H one على طول اتجاهه المفضل. وقد تم إعداد نظام التحكم بالكامل بحيث يؤدي تحفيز العصبون H one إلى قيام الروبوت بتعويض حركة القرص الدوار عند ضبطه بشكل صحيح. ويتحقق الاستقرار البصري عندما تتطابق الدوران المضاد للروبوت مع دوران القرص الدوار، مما يؤدي إلى عدم وجود حركة للنمط أو وجود حركة طفيفة على شاشات الكمبيوتر.يعتمد الأداء العام للنظام على خوارزمية التحكم المستخدمة لإغلاق الحلقة. الخوارزمية الأولى التي نقوم باختبارها هي المتحكم التناسبي، حيث تكون سرعة الروبوت المحدثة متناسبة مع الفرق في السرعات الزاوية بين سرعة الروبوت omega R وسرعة القرص الدوار Omega P. يتم اختيار قيم مختلفة للكسب الاستاتيكي KP وترددات دخل إشارة القرص الدوار omega P لاختبار أداء المتحكم.تظهر هنا آثار العينات لكل من omega P و omega R عندما تكون قيمة KP تساوي 1 وتردد الإدخال لـ omega P هو 0.6 hertz، حيث يتبع الروبوت الموضح باللون الأخضر القرص الدوار الموضح باللون الأزرق مع وجود تأخر وسعة ذروة أصغر. يظهر المكون الأفقي لحركة النمط التي تحفز خلية H one على اليمين باللون الأحمر. يتم اختيار ترددات الإدخال لإشارة القرص الدوار omega P بين 0.03 و 3 hertz، ويتم تسجيل إشارة الروبوت المقابلة omega R.يتم تحويل كلتا الإشارتين إلى نطاق التردد باستخدام تحويل فوريه السريع، ثم تُحسب قيم السعة والطور عند تردد الدخل. يوضح مخطط مقدار BO d للمتحكم التناسبي عندما تكون قيمة KP مساوية لواحد استجابة النظام عبر ترددات الدخل المختبرة. وبشكل عام، ينخفض أداء المتحكم مع زيادة الترددات.تعتبر الزيادة الطفيفة في الكسب عند تردد 1 هرتز نتيجة للتذبذبات في إشارة الروبوت الناتجة عن استخدام خلية H1 واحدة فقط، والتي يغطي نطاق مخرجاتها الديناميكية بشكل أساسي الحركة الأفقية من الخلف إلى الأمام. يوضح مخطط بودي للطور تأخراً في طور المتحكم أقل من PI للترددات الداخلة التي تقل عن 0.6 هرتز. وهذا يشير إلى أن المتحكم مستقر للترددات التي تقل عن 0.6 هرتز وغير مستقر للترددات الداخلة التي تساوي أو تزيد عن 1 هرتز.تمت مقارنة أداء المتحكم التناسبي ذو قيمة KP ثابتة مع متحكم تكييفي يتم فيه تحديث قيمة KP كل 50 ميلي ثانية، وذلك بناءً على معدل ذروة النبضات F max المحسوب خلال الفترة الزمنية من T ناقص 500 ميلي ثانية إلى T. ونتيجة لنافذة زمن التكامل الكبيرة، أظهر المتحكم التناسبي أداءً أفضل من المتحكم التكييفي ضمن نطاق المعلمات المختبرة؛ وقد أظهر المتحكم التكييفي خصائص طور مشابهة للمتحكم التناسبي، كما تمت إزالة نمط التدرج حول القرص الدوار واستخدام بيئة المختبر كتقريب للمدخلات البصرية الطبيعية لخلية H one في الذبابة.في المتوسط، أظهر مخطط مقدار Bodhi للمدخلات البصرية الطبيعية مكاسب أعلى قليلاً من ذلك الخاص بالمدخلات البصرية المتدرجة، ويرجع ذلك على الأرجح إلى استغلال النطاق الأوسع للترددات المكانية في الصور البصرية الطبيعية. وكانت خصائص مخطط طور Bodhi للمدخلات البصرية المتدرجة مقابل الطبيعية متشابهة. لقد عرضنا لكم للتو كيفية إنشاء واجهة بين الدماغ والآلة تربط بين خلية والنظام البصري الخامس وروبوت.هناك بعض الخطوات الحرجة خلال هذا الإجراء. أولاً، تجنب إجراء شقوق عميقة أثناء فتح كبسولة الرأس لمنع إصابة الدماغ. ثانياً، ضع القطب الكهربائي بعناية بحيث يسجل من خلية واحدة فقط، حيث نقوم بالتسجيل من خلية H one.ثالثاً، حافظ على رطوبة الدماغ في جميع الأوقات وامنع جفافه. هذا كل شيء. شكراً للمشاهدة وبالتوفيق في تجاربكم.

an-experimental-platform-to-study-closed-loop-performance-brain

Research

JoVE Journal

Neuroscience

علم الأعصاب

نحن نقدم طريقة لجمع الإشارات electrocorticographic لأغراض البحث من البشر الذين يخضعون الغازية الرصد الصرع. نبين كيفية استخدام منصة برمجيات BCI2000 لجمع البيانات ومعالجة الإشارات وتقديم الحوافز. تحديدا، علينا أن نبرهن سيجفريد، وهو أداة BCI2000 مقرها في الوقت الحقيقي لرسم خرائط الدماغ الوظيفية.

تسجيل الإنسان Electrocorticographic (ECOG) إشارات للبحوث العلمية العصبية في الوقت الحقيقي ورسم الخرائط القشرية وظيفي

وضع (BMI) نظام فعال الدماغ والآلة واجهة لترميم وتأهيل تحرك ذو قدمين يتطلب فك دقيقة نوايا المستخدم. هنا نقدم بروتوكول تجريبي الرواية وتقنية جمع البيانات في وقت واحد لاكتساب غير الغازية من النشاط العصبي، والنشاط العضلي، والحركيات كامل الجسم خلال مختلف المهام تنقل والظروف.

تخطيط كهربية متزامنة فروة الرأس (EEG)، العضلات (EMG)، وكامل الجسم تسجيل بالقصور الذاتي القطاعي لمتعدد الوسائط العصبية فك

في هذه الورقة ، يتم تقديم إطار تجريبي لإجراء تجارب الحلقة المغلقة ، حيث تتم دراسة معالجة المعلومات (أي الترميز وفك التشفير) وتعلم التجمعات العصبية أثناء التفاعل المستمر مع الجسم الآلي.

حلقة مغلقة العصبية الروبوتية تجارب لاختبار خصائص الحاسوبية من الشبكات العصبية

تعتبر مراقبة نشاط الدماغ أثناء المهام الحركية المستقيمة ذات قيمة كبيرة عند التحقيق في المصدر العصبي لاضطرابات الحركة. هنا ، نوضح بروتوكولا يجمع بين التحليل الطيفي الوظيفي القريب من الأشعة تحت الحمراء والمراقبة المستمرة للعضلات والنشاط الحركي خلال 4 أنواع من المهام الحركية.

وظيفية الأدنى الأشعة تحت الحمراء الطيفي من المناطق الحسية والحركية الدماغ مع الحركية في وقت واحد وEMG رصد خلال المهام للسيارات

من خلال هذه التجربة ، قد يتمكن المرء من اكتشاف الوعي لدى الأشخاص الذين يعانون من اضطرابات الوعي. علاوة على ذلك ، يمكن أن ينشئ النهج قناة اتصال بسيطة تمكن الأشخاص من إعطاء إجابات بسيطة بنعم / لا على الأسئلة.

تقييم والاتصالات للأشخاص الذين يعانون من اضطرابات في الوعي

نقدم بروتوكولات وطرق التحليلات لبناء واجهات متكيفة تقوم بتدفق إشارات جسم الإنسان والقلب ووضع معلمات لها وتحليلها وتعديلها في حلقة قريبة. هذا الإعداد واجهات إشارات مستمدة من الجهاز العصبي الطرفية والمركزية للشخص مع المدخلات الحسية الخارجية للمساعدة في تتبع التغير الحيوي.

التحكم الوكيل في الوقت الحقيقي للإشارات الطرفية ذات المعلمات باستخدام واجهة الحلقة القريبة

تناقش هذه الورقة كيفية بناء واجهة دماغية حاسوبية من خلال الاعتماد على معدات من فئة المستهلك وإمكانات الحالة المستقرة بصريا. لهذا الغرض ، تم دمج مخطط كهربية الدماغ أحادي القناة الذي يستغل الأقطاب الكهربائية الجافة مع نظارات الواقع المعزز لعرض المحفزات وتصور بيانات الإخراج. كان النظام النهائي غير جراحي ويمكن ارتداؤه ومحمول.

واجهة دماغية حاسوبية أحادية القناة وغير جراحية يمكن ارتداؤها للصناعة والرعاية الصحية

الغرض من هذه الدراسة هو توفير مرجع مهم للتشغيل السريري القياسي للصور الحركية للواجهة الدماغية الحاسوبية (MI-BCI) للخلل الحركي للطرف العلوي بعد السكتة الدماغية.

التخيل الحركي واجهة الدماغ والحاسوب في إعادة تأهيل الخلل الحركي للطرف العلوي بعد السكتة الدماغية

تقدم هذه الدراسة نظام واجهة الدماغ والحاسوب (BCI) لمرضى السكتة الدماغية ، والذي يجمع بين تخطيط كهربية الدماغ وإشارات تخطيط كهربية العين للتحكم في اليد الروبوتية للطرف العلوي ، مما يعزز الأنشطة اليومية. استخدم التقييم اختبار برلين ثنائي الدليل للسكتة الدماغية (BeBiTS).

نظام روبوتي للأطراف العلوية يتم التحكم فيه عن طريق واجهة الدماغ والحاسوب لتعزيز الأنشطة اليومية لدى مرضى السكتة الدماغية

تقدم هذه الدراسة بروتوكولا موحدا وقابلا للتكرار لتنفيذ أداة تحليل تخطيط الدماغ المكاني-الزمني-الترددي (STFEEG) لفك ترميز تخطيط الدماغ الكهربائي الكهربائي للصور الحركية، وتشمل التقسيم القابل للتكوين بين المكان-الزمان-التردد، واستخراج الميزات المعتمد على الأنماط المكانية المشتركة (CSP)، وخوارزميات التصنيف المتعددة، وقدرات التصور.

أداة STFEEG: أداة تحليل تخطيط الدماغ الكهربائي المكاني والزمني لواجهات التصوير الحركي بين الدماغ والحاسوب

اكتشف كيفية استخدام نشاط خلية H1 في دماغ الذبابة للتحكم في روبوت متحرك عبر واجهة دماغ-آلة مغلقة الحلقة. تعلم استراتيجيات التحكم العصبي في الوقت الفعلي.

على منهاج تجريبي لدراسة الأداء حلقة مغلقة من الدماغ والآلة واجهات

استكشف المزيد من الفيديوهات