Name: Ontwerpen en implementeren van het zenuwstelsel Simulaties op LEGO Robots (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-05-25T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 34 s
Description: Ontdek neurale netwerksimulaties op het LEGO Mindstorms NXT-platform voor neurowetenschappelijk onderzoek. Deze methode maakt snelle prototyping en vergelijkende ethologische studies met dierlijke modellen mogelijk.

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

Wij danken dr. Chris Rogers (Tufts University) voor de programmering en manuscript suggesties. Wij danken Alex Giuliano en Deborah Lee voor video productie ondersteuning. Financiering verstrekt door een NSF Graduate Research Fellowship en een ONR MURI in Synthetic Biology.

1. Het bouwen van de robot Model <ol><li> Kies een modelorganisme te bestuderen die goed is vertegenwoordigd in de neuroethological literatuur. Ongewervelden algemeen maken goede kandidaten, omdat hun relatief eenvoudige zenuwstelsels zijn goed bestudeerd en worden voornamelijk uit aangeboren reflexen. We zullen deze aanpak met de Amerikaanse kreeft, Homarus americanus demonstreren. </li><li> Kies goed bestudeerd reflexief gedrag voor het modelleren doeleinden. We hebben de reacties van de kreeft is gekozen om antennal bocht en klauw hobbel detectie als het dier reflexmatig reageert op het buigen van de antennes naar rheotaxis (oriëntatie op waterstroom) uitlokken terwijl klauw contacten bemiddelen obstakel vermijden. Eenvoudige reflexen vertrouwen op decussating neurale verbindingen van tweezijdig symmetrische sensoren zijn zeer geschikt voor dit soort onderzoek 1. </li><li> Bouwen of kies een robotica platform met de juiste sensoren voor het geselecteerde gedrag om de neurale draaiennetwerk simulatie. Terwijl een toegewijde robot kan worden geconstrueerd zoals RoboLobster 12 of de Sprawl (kakkerlak) robot familie 13, hier maken we gebruik van een commercieel verkrijgbare kit om het experimentele proces te versnellen. De LEGO Mindstorms NXT 2.0 kit, het verstrekken van templates, modulaire componenten en gevestigde sensoren, zorgt voor de snelle fysieke bouw van de robot. </li><li> Selecteer of bouwen sensoren om de modaliteiten van de in stap 1.2 gedrag overeenkomen. Premade sensoren uit de LEGO Mindstorms kit kan worden gebruikt of homebrew sensoren kunnen worden gemanipuleerd 14,15. We hebben het opgenomen LEGO aanraaksensor en een aangepaste antennal bocht sensor bestaat uit een FlexPoint bocht sensor gelast aan een NXT connector geselecteerd. Om een ​​aangepaste resistieve connector te bouwen, snijd een NXT connector draad en soldeer de zwarte en witte kabels aan op de draden van de sensor. </li><li> Gebruik eerder gepubliceerde neuroethological studies naar een hypothetische neuraal netwerk voor het modelleren p vinden of te ontwikkelenurposes. De literatuur heeft verschillende neurale netwerken voorgesteld om gedrag te verklaren in verschillende modelorganismen, van kreeften 16 tot lamprei 17. Functionele neurale eenheden moeten worden geïdentificeerd en hun synaptische verbindingen getheoretiseerd. Roman neuroethological experimenten kunnen ook worden ontwikkeld en uitgevoerd als het laboratorium omstandigheden het toelaten. </li></ol> 2. Programmeren van de Zenuwstelsel <ol><li> Gebruik LabVIEW software samen met de LabVIEW Module voor LEGO MINDSTORMS NXT aan virtuele instrumenten (VI&#39;s) die vergelijkingen voor een wiskundige neuron en synaps model draaien creëren. Hoewel elke gepubliceerde model kan worden gebruikt, adviseren wij de discrete tijd map-based (DTM) model 18. Dit zorgt voor een computationeel efficiënt real-time werking met behoud van een verscheidenheid van neuronale uitgang regimes. Twee regelparameters, alpha en sigma, bepalen de dynamiek van de gesimuleerde neuron om verschillende neurale uitgang inbegrip toni producerenc stekelige, chaotisch vuren, barsten en intrinsieke stilte. LabVIEW VI&#39;s voor LEGO Mindstorms voor deze neuron model kan hier online worden gevonden: <a href="http://myfiles.neu.edu/blustein.d/neurobots" target="_blank">http://myfiles.neu.edu/blustein.d/neurobots</a> </li><li> Plaats VI&#39;s in a While lus, zodat het netwerk iteratief zal updaten. </li><li> Sluit presynaptische neuron spike uitgangen via synapsen aan postsynaptische neuronen. </li><li> Pass iteratief updaten parameters via schuifregisters naar de volgende berekening cyclus. Het model DTM updates snel (x) en langzame (y) dynamische variabelen die worden doorgegeven aan de volgende iteratie van berekeningen. </li><li> Stel synaps parameters kenmerken netwerk definiëren. Voor elke synaps, de synaptische sterkte (gsyn), de ontspanningsgraad (gamma), en de terugboeking potentieel (xrp) zijn coëfficiënten in de DTM modelvergelijkingen dat synaptische gedrag bepalen. De waarde van gsyn is een multiplier dat de grootte van de synaptische stroom vanaf een piek gebeurtenis, variërend van 0,0 (geen effect) tot 1,0 (100% effect) bepaalt. De waarde van de gamma is een multiplier dat de vervalsnelheid van de synaptische stroom bepaalt ongeacht spike gebeurtenissen, variërend van 0,0 (complete decay) tot 1,0 (zonder afname). De waarde van xrp bepaalt het niveau van excitatie of remming van de synaps, waarden bedraagt ​​gewoonlijk -3.0 tot 3.0 met positieve waarden die excitatie en negatieve waarden vertegenwoordigen remming. Waarden kan worden afgesteld op uw specifieke netwerk kenmerken. Hier gebruiken we de volgende instellingen: gamma = 0.95, gsyn = 0,60 en xrp = 2.2 (prikkelende synaps) of -1,8 (remmende synaps). </li><li> Pas alpha en sigma regelparameters met baseline neuron activiteit te wijzigen. De dynamiek van het model voor uiteenlopende regelparameters elders 18 beschreven maar meestal, alpha </em&gt; &lt;4 produceert intrinsiek stille neurale activiteit voor lage sigma waarden of tonic stekelige voor hoge sigma waarden. De overgang tussen &#39;lage&#39; en &#39;hoge&#39; sigma waarden ontstaat meestal tussen -1,0 en 1,0, afhankelijk van de alpha waarde. Barsten neuron activiteit wordt geproduceerd voor alpha&gt; 4 wanneer sigma waarden zijn bijna nul. Hier gebruiken we alpha = 4.05 en sigma = -3,10. </li><li> Gebruik LabVIEW VI&#39;s om input sensor gegevens in uw netwerk. Voor verstrekt sensoren, de VI&#39;s zijn al beschikbaar in de Mindstorms LabVIEW module. Voor aangepaste resistieve sensoren, gebruikt u de lichtsensor VI als programmeertaal raamwerk. Informatie over het maken van homebrew sensoren kunnen elders 14 te vinden. </li><li> Steek grafische kaarten op het voorpaneel van het LabVIEW programma om neuronale activiteit visualiseren. </li><li> Tijdelijk sensor vervangen ingangen met frontpaneel dozen om de sensor handmatig te manipulereninformatie naar het neurale netwerk. </li><li> Voer het neuronale netwerk en het frontpaneel handmatig aanpassen aan uiteenlopende zintuiglijke input te presenteren. Bevestigen dat het netwerk kwalitatief functioneert zoals voorspeld voor bekende omstandigheden. </li><li> Stel het netwerk zo nodig door het veranderen van de parameters neuron en synaps. Eerste pogingen tot afstemming van het netwerk moet worden gedaan door het veranderen van synaptische sterkte (gsyn) van de verschillende synapsen. Andere parameters moet eveneens worden aangepast. </li><li> Zodra de netwerkfuncties met kwalitatieve nauwkeurigheid, vervang het voorpaneel besturingskasten met de sensor ingang VI&#39;s. </li></ol> 3. Nervous System Simulation Testing <ol><li> Het opzetten van een gecontroleerde omgeving waarin het dier en de robot observeren onder vergelijkbare omstandigheden. We maken gebruik van een rechthoekige tank met rots hindernissen (figuur 1). De tank kan worden geleegd de LEGO robot in dezelfde ruimte tegemoet. </li><li> Mount avideo camera boven het dier / robot gedrag opnemen. Zorg ervoor dat het contrast tussen het onderwerp en de achtergrond is hoog om voor automatische tracking. We schilderden de bodem van de test tank wit. </li><li> Plaats het dier in de gecontroleerde omgeving en video-opname van het gedrag. Zorg ervoor dat de zintuiglijke capaciteiten van de kreeft aan die van de robot overeen te beperken. Hier beperken we de kreeft de zintuiglijke capaciteiten door het bedekken van de ogen met een aluminiumfolie masker en deafferenting chemoreceptors met zoetwater 19. </li><li> Pas de omgeving naar een LEGO robot (het verwijderen van water indien nodig) aan te passen en laat de robot in dezelfde gecontroleerde omgeving. </li><li> Gebruik een MATLAB script om automatisch te volgen de markeringen op de monsters. Wij gebruiken MouseLabTracker 20. </li><li> Maak en vergelijk vector percelen van het dier en de robot bewegingen. </li><li> Wijzig het zenuwstelsel en herhaal de stappen 3,3-3,6 om te zien hoe de verschillende aspecten van het elektronischzenuwstelsel beïnvloedt het gedrag van de robot. Hier de synaptische sterkte tussen de klauw bump sensor neuronen en de motor en toezien robot prestaties in vergelijking met die van een kreeft passen we. Alternatief kan de gevoelstoestanden in de test arena worden gemodificeerd en de effecten zich robot en dier. Zo zou het hier beschreven arena worden onderworpen aan verschillende water debieten. </li></ol>

<ol><li>Braitenberg, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Taxis%2C+kinesis+and+decussation%5BTitle%5D)+AND+%22Prog.+in+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">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. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+lightweight+telemetry+system+for+recording+neuronal+activity+in+freely+behaving+small+animals%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">A lightweight telemetry system for recording neuronal activity in freely behaving small animals.</a> Journal of Neuroscience Methods. 155 (1), 62-71 (2006).</li>
<li>Kagaya, K., Takahata, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Readiness+discharge+for+spontaneous+initiation+of+walking+in+crayfish%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Readiness discharge for spontaneous initiation of walking in crayfish.</a> Journal of Neuroscience. 30 (4), 1348-1362 (2010).</li>
<li>Schrameck, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crayfish+Swimming%3A+Alternating+Motor+Output+and+Giant+Fiber+Activity%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Crayfish Swimming: Alternating Motor Output and Giant Fiber Activity.</a> Science. 169 (3946), 698-700 (1970).</li>
<li>Kanz, J. E., Eberly, L. B., Cobbs, J. S., Pinsker, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuronal+correlates+of+siphon+withdrawal+in+freely+behaving+Aplysia%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Neuronal correlates of siphon withdrawal in freely behaving Aplysia.</a> J. Neurophysiol. 42 (6), 1538-1556 (1979).</li>
<li>Webb, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Validating+biorobotic+models%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neural+Engineering%22%5BJournal%5D)">Validating biorobotic models.</a> Journal of Neural Engineering. 3, 1-20 (2006).</li>
<li>Wessnitzer, J., Asthenidis, A., Petrou, G., Webb, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+cricket-controlled+robot+orienting+towards+a+sound+source%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+12th+Annual+conference+on+Towards+autonomous+robotic+systems%22%5BJournal%5D)">A cricket-controlled robot orienting towards a sound source.</a> Proceedings of the 12th Annual conference on Towards autonomous robotic systems. , 1-12 (2011).</li>
<li>Grasso, F., Atema, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integration+of+flow+and+chemical+sensing+for+guidance+of+autonomous+marine+robots+in+turbulent+flows%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">Integration of flow and chemical sensing for guidance of autonomous marine robots in turbulent flows.</a> Environ. Fluid Mech. 2 (1), 95-114 (2002).</li>
<li>Westphal, A., Rulkov, N. F., Ayers, J., Brady, D., Hunt, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+a+lamprey-based+robot+with+an+electronic+nervous+system%5BTitle%5D)+AND+%22Smart+Struct.+and+Systems%22%5BJournal%5D)">Controlling a lamprey-based robot with an electronic nervous system.</a> Smart Struct. and Systems. 8 (1), 39-52 (2011).</li>
<li>Chao, Z. C., Bakkum, D. J., Potter, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shaping+embodied+neural+networks+for+adaptive+goal-directed+behavior%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+Computational+Biology%22%5BJournal%5D)">Shaping embodied neural networks for adaptive goal-directed behavior.</a> PLoS Computational Biology. 4 (3), e1000042(2008).</li>
<li>Building nervous systems for robots: an interactive and collaborative neuroscience curriculum. Blustein, D., Schultheis, K., Ayers, J. National Science Teachers Association National Conference, San Francisco, C.A, , (2011).</li>
<li>Ayers, J., Blustein, D., Westphal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Conserved+Biomimetic+Control+Architecture+for+Walking%2C+Swimming+and+Flying+Robots%5BTitle%5D)+AND+%22Lect.+Notes+on+Artif.+Intelli%22%5BJournal%5D)">A Conserved Biomimetic Control Architecture for Walking, Swimming and Flying Robots.</a> Lect. Notes on Artif. Intelli. 7375, 1-12 (2012).</li>
<li>A Biologically Inspired Passive Antenna for Steering Control of a Running Robot. Cowan, N., Ma, E., Cutkosky, M., Full, R. Proceedings of ISRR'2003, , 541-550 (2003).</li>
<li>Gasperi, M., Hurbain, P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGasperi%2C+M+%22Extreme+NXT%3A+Extending+the+LEGO+MINDSTORMS+NXT+to+the+Next+Level%22">Extreme NXT: Extending the LEGO MINDSTORMS NXT to the Next Level</a>. , Apress. Berkeley, C.A. (2007).</li>
<li>Gasperi, M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGasperi%2C+M+%22LabVIEW+for+LEGO+MINDSTORMS+NXT%22">LabVIEW for LEGO MINDSTORMS NXT</a>. , National Technology and Science Press. Allendale, N.J. (2008).</li>
<li>Kennedy, D., Davis, W. Chapter 27 Organization of invertebrate motor systems. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKennedy%2C+D+%22Handbook+of+Physiology%22">Handbook of Physiology</a>. 1, 1023-1088 (1977).</li>
<li>Buchanan, J., Grillner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Newly+identified+%22glutamate+interneurons%22+and+their+role+in+locomotion+in+the+lamprey+spinal+cord%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Newly identified "glutamate interneurons" and their role in locomotion in the lamprey spinal cord.</a> Science. 236 (4799), 312-314 (1987).</li>
<li>Rulkov, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+of+spiking-bursting+neural+behavior+using+two-dimensional+map%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Modeling of spiking-bursting neural behavior using two-dimensional map.</a> Physical Review E. 65, (2002).</li>
<li>Derby, C. D., Atema, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Narrow-spectrum+chemoreceptor+cells+in+the+walking+legs+of+the+lobster%2C+Homarus+americanus%3A+Taste+specialists%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Comparative+Physiology+A%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((A+simple+webcam-based+approach+for+the+measurement+of+rodent+locomotion+and+other+behavioural+parameters%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">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. H. The Crayfish, An Introduction to the Study of Zoology. , C. Kegan Paul & Co. London. (1880).</li>
<li>Blustein, D., Ayers, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+conserved+network+for+control+of+arthropod+exteroceptive+optical+flow+reflexes+during+locomotion%5BTitle%5D)+AND+%22Lect.+Notes+on+Artif.+Intelli%22%5BJournal%5D)">A conserved network for control of arthropod exteroceptive optical flow reflexes during locomotion.</a> Lect. Notes on Artif. Intelli. 6226, 72-81 (2010).</li>
<li>Webb, B., Scutt, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+latency-dependent+spiking-neuron+model+of+cricket+phonotaxis%5BTitle%5D)+AND+%22Biological+Cybernetics%22%5BJournal%5D)">A simple latency-dependent spiking-neuron model of cricket phonotaxis.</a> Biological Cybernetics. 82 (3), 247-269 (2000).</li>
<li>Demarse, T. B., Wagenaar, D. A., Blau, A. W., Potter, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Neurally+Controlled+Animat%3A+Biological+Brains+Acting+with+Simulated+Bodies%5BTitle%5D)+AND+%22Autonomous+Robots%22%5BJournal%5D)">The Neurally Controlled Animat: Biological Brains Acting with Simulated Bodies.</a> Autonomous Robots. 11 (3), 305-310 (2001).</li>
<li>Novellino, A., D'Angelo, P., Cozzi, L., Chiappalone, M., Sanguineti, V., Martinoia, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Connecting+neurons+to+a+mobile+robot%3A+an+in+vitro+bidirectional+neural+interface%5BTitle%5D)+AND+%22Computational+Intelligence+and+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Connecting neurons to a mobile robot: an in vitro bidirectional neural interface.</a> Computational Intelligence and Neuroscience. , 12725(2007).</li>
</ol>

De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen.

Bij het opstarten van biorobotic zenuwstelsel simulatie-experimenten, zijn er een paar belangrijke richtlijnen te volgen. Het kiezen van het juiste model organisme is kritisch: kies een organisme dat is gemakkelijk te verkrijgen en te behouden. Ongewervelde dieren zijn ideaal omdat ze meestal niet institutioneel toestemming voor experimenten nodig en de fokkerij behoeften zijn vaak minder streng dan die van gewervelde dieren. Vanuit een wetenschappelijk perspectief, is het nuttig om een dier dat een gevestigde neuroetho...

Neurofysiologische onderzoeken van de afgelopen 100 jaar hebben enorm verbreed onze kennis van het zenuwstelsel structuur en functie. Echter, de meerderheid van zenuwstelsel onderzoek tot op heden heeft zich op het gebruik van geïsoleerde preparaten of ingetogen onderwerpen. Hoewel er vele succesvolle pogingen om neurale activiteit op te nemen om vrij te gedragen dieren 2-5 geweest zijn, de biorobotic benadering levert een waardevol instrument om te zorgen voor het zenuwstelsel manipuleren teneinde systemen niveau neurowetenschappen hypotheses te testen 6. Gesimuleerde zenuwstelsels werken op robots kan experimenteel gemanipuleerd worden en zorgen voor de uitbreiding van de software modellering om de fysieke wereld. Deze aanpak is goed geïmplementeerd in de academische wereld 7,8 maar het proces van het bouwen van een biomimetische robot voor het testen van hypothesen kan duur en tijdrovend zijn. We presenteren een methode om de biorobotic benadering met behulp van een in de handel verkrijgbaar robotica k voerenhet (LEGO Mindstorms NXT 2.0). Het doel van deze methode is om een snelle en efficiënte manier om systemen niveau neurowetenschappen hypothesen te testen rond robot 9 of bio-hybride 10 belichaamd neuraal netwerk simulaties bieden. Versnelling van het proces van hypothese te experimenteren verbetert de productiviteit onderzoek. De eenvoudige LEGO Mindstorms-platform biedt een test bed voor biomimetische sensoren en neurale netwerken die we demonstreren met behulp van de Amerikaanse kreeft (Homarus americanus) als modelorganisme. De methode biedt ook een krachtige hands-on educatief hulpmiddel in de klas als leerlingen kunnen ontwerpen en manipuleren van het zenuwstelsel voor hun eigen robots 11.

ontwerpen en implementeren van het zenuwstelsel simulaties op lego robots

Designing and Implementing Nervous System Simulations on LEGO Robots

We presenteren een methode om de commercieel beschikbare LEGO Mindstorms NXT robotics platform te gebruiken om systemen niveau neurowetenschappen hypothesen te toetsen. De eerste stap van de werkwijze is een zenuwstelsel simulatie van specifieke reflexieve gedrag van een geschikt modelorganisme ontwikkelen, hier gebruiken we het Amerikaanse kreeft. Exteroceptieve reflexen gemedieerd door decussating (kruispunt) neurale verbindingen taxis van een dier leggen naar of van een stimulus zoals beschreven door Braitenberg en zijn bijzonder geschikt voor onderzoek met de NXT platform. 1 Het zenuwstelsel simulatie kan via de LabVIEW-software op de LEGO Mindstorms platform. Zodra het zenuwstelsel goed is afgesteld, worden gedragsexperimenten op de robot gelopen en het dier onder identieke omstandigheden. Door het regelen van de sensorische milieu ervaren door de monsters kunnen verschillen in gedrag uitgangen waargenomen. Deze verschillen kunnen wijzen op specifieke deficiencven in het zenuwstelsel model en dienen om de herhaling van de model ene probleem bestudeerde kennis. Deze werkwijze maakt de experimentele manipulatie van elektronische zenuwstelsel en dient als een manier om neurologie hypotheses specifiek over de neurofysiologische basis van eenvoudige aangeboren reflexieve gedrag verkennen. De LEGO Mindstorms NXT kit biedt een betaalbaar en efficiënt platform waarop de voorlopige biomimetic controle regelingen robot te testen. De aanpak is ook zeer geschikt voor de middelbare school klas om te dienen als de basis voor een hands-on onderzoekend biorobotics curriculum.

Input van klauwen een kreeft is in het zenuwstelsel mediëren obstakel onderhandeling in een nieuwe omgeving. Figuur 1 toont een afbeelding van de video gebruikt om het gedrag van een LEGO robot (figuur 1A) en een kreeft (figuur 1B) in de test arena analyseren. De test arena werd ongewijzigd tussen dier en robot testen, behalve dat het water werd geleegd uit de tank voor de robot proeven. Video-tracking resultaten worden weergegeven in <stron...

Een benadering van neurale netwerk modellen op de LEGO Mindstorms robotica platform wordt gepresenteerd. De methode omvat een simulatie-tool voor ongewervelde neurowetenschappelijk onderzoek in zowel het onderzoekslaboratorium en de klas. Deze techniek maakt het onderzoek van biomimetic robot principes controle.

Ontwerpen en implementeren van het zenuwstelsel Simulaties op LEGO Robots

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

Het algemene doel van deze methode is om snel prototypes van simulaties van het zenuwstelsel te maken en te testen op een robotplatform. Dit wordt bereikt door neurale netwerksimulaties uit te voeren op het Lego Mindstorms NXT-platform, en door side-by-side vergelijkingstesten uit te voeren met het diermodel. Eerst wordt een robot geconstrueerd om te dienen als platform voor de simulatie van het zenuwstelsel.Vervolgens wordt een hypothetisch neuraal netwerk ontwikkeld op basis van neuro-ethologische studies en geprogrammeerd op het robotplatform. Er worden ethologische studies uitgevoerd om de prestaties van de hypothetische neurale netwerken te vergelijken met die van het zenuwstelsel van het dier. Tekortkomingen in het model kunnen worden geïdentificeerd om verdere ontwikkeling te informeren; hypothesen op het niveau van systeemneurowetenschappen kunnen worden getest door directe manipulatie van simulatieparameters.Hallo, ik ben Dan Bluestein van het Marine Science Center aan de Northeastern University. Hier demonstreren we een aanpak om zenuwstelselsimulaties snel te implementeren op een robotplatform. Door deze procedure te ontwikkelen voor gebruik met een commercieel verkrijgb

designing-and-implementing-nervous-system-simulations-on-lego-robots

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowetenschap

DNA-origami is een krachtige methode voor het vervaardigen van nauwkeurige nanoschaal objecten door de zelf-assemblage van DNA-moleculen programmeren. Hier beschrijven we hoe origami DNA kan worden gebruikt om een ​​robot robot kan voelen biologische signalen en reageren door vormverandering vervolgens doorgegeven aan een gewenst effect te ontwerpen.

Het ontwerpen van een Bio-responsieve Robot van DNA Origami

In dit artikel wordt een experimenteel kader gepresenteerd om gesloten-lusexperimenten uit te voeren, waarin informatieverwerking (d.w.z., codering en decodering) en het leren van neuronale assemblages worden bestudeerd tijdens de continue interactie met een robotachtig lichaam.

Closed-loop Neuro-robot Experimenten om Test computationele eigenschappen van neuronale netwerken

Het algemene doel van deze methode is om een SSVEP-gebaseerde experimentele procedure te vestigen door meerdere softwareprogramma's te integreren om de studie van hersen-robot interactie met humanoïde robots mogelijk te maken, wat vooruitstrevende mogelijkheden biedt om zieken en ouderen te assisteren en onhygiënische of gevaarlijke taken uit te voeren.

SSVEP-gebaseerde Experimentele Procedure voor Brain-Robot Interactie met Humanoid Robots

Een paradigma is gepresenteerd voor de opleiding en de analyse van een geautomatiseerde geschoolde bereiken taak bij ratten. Analyse van het trekken van pogingen onthult verschillende deelprocessen van motorisch leren.

Onderzoeken van Motor Skill Learning Processen met een Robotic Manipulandum

We presenteren een protocol op modulaire ontwerp en productie van intelligente robots om wetenschappelijke en technische werknemers ontwerpen van intelligente robots met speciale productietaken te helpen op basis van persoonlijke behoeften en geïndividualiseerd ontwerp.

Het modulaire ontwerp en de productie van een intelligente Robot gebaseerd op een controlestrategie van Closed-Loop

Distributed robot nodes bieden sequenties van blauw lichtprikkels om de groei trajecten van klimplanten te sturen. Door het activeren van natuurlijke fototropisme, de robots begeleiden de planten door middel van binaire links-rechts beslissingen, groeien ze in vooraf gedefinieerde patronen die daarentegen niet mogelijk zijn wanneer de robots slapend zijn.

Robotic sensing en stimuli voorziening voor geleide plantengroei

Dit protocol biedt een gedetailleerde lijst van stappen die moeten worden uitgevoerd voor de productie, controle en evaluatie van de klimprestaties van een gekko-geïnspireerde zachte robot.

Productie, controle en prestatie-evaluatie van een gecko-geïnspireerde softrobot

Dit werk beschrijft een online experimenteersysteem dat gevisualiseerde experimenten biedt, waaronder de visualisatie van theorieën, concepten en formules, het visualiseren van het experimentele proces met driedimensionale (3D) virtuele testopstellingen en het visualiseren van het besturings- en bewakingssysteem met behulp van widgets zoals kaarten en camera's.

Interactief en gevisualiseerd online experimenteersysteem voor technisch onderwijs en onderzoek

Geschat wordt dat 1 op de 6 mensen wereldwijd tijdens zijn leven een beroerte zal krijgen, met langdurige invaliditeit tot gevolg, waarvan de revalidatiemechanismen nog steeds slecht worden begrepen. Deze studie stelt een protocol voor om hersenactivatie te evalueren door middel van functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS) tijdens een robottherapiesessie voor de onderste ledematen.

Een experiment met behulp van functionele nabij-infraroodspectroscopie en robotgeassisteerde multi-joint richtbewegingen van de onderste ledematen

Hier presenteren we een protocol voor de simulatie en monitoring van een geschaald semi-geautomatiseerd assemblageproces, door de samenwerking van een collaboratieve robot en verificatie via een computervisiesysteem voor kwaliteitscontrole.

Simulatie van een geschaald assemblageproces met samenwerking van een robotarm en monitoring via een vision-systeem voor kwaliteitscontrole

Ontdek neurale netwerksimulaties op het LEGO Mindstorms NXT-platform voor neurowetenschappelijk onderzoek. Deze methode maakt snelle prototyping en vergelijkende ethologische studies met dierlijke modellen mogelijk.

Ontwerpen en implementeren van het zenuwstelsel Simulaties op LEGO Robots

Meer video's verkennen