W kontekście przetwarzania sygnału, odpowiedź impulsowa stanowi fundamentalną charakterystykę zachowania układu dynamicznego.
Chociaż idealny bodziec impulsowy jest praktycznie nieosiągalny, możliwe jest uzyskanie jego rozsądnego przybliżenia za pomocą elementu aktywującego, który generuje przemieszczenia o wysokiej częstotliwości. Wiadomo, że ten rodzaj lekkiej stymulacji dotykowo-wibracyjnej jest ukierunkowany zarówno na głęboką skórę (np. szybko reagujące, szybko adaptujące się ciałka Paciniana)2, jak i na receptory powierzchowne (np. niskoprogowe, wolno adaptujące się dyskoidalne struktury Merkla)2.
Urządzenia do stymulacji prądu, głównie siłowniki piezoelektryczne, mają wiele wad, nie tylko rezonanse i małe przemieszczenia. Aby przezwyciężyć te wady, zaproponowano alternatywną implementację stymulacji impulsowej za pomocą końcówki (w naszym przypadku końcówki wygładzonej kaktusem) zamontowanej pionowo na środku membrany stożka głośnika średniotonowego. Zapewnia to przewagę w postaci większych przemieszczeń i szerszego spektrum częstotliwości.
Skutecznym zastosowaniem takiego urządzenia było badanie istotnego problemu neurofizjologicznego zależności LFP od skoków. Ze względu na subtelny związek czasowy między tymi zdarzeniami elektrycznymi, potrzebne było precyzyjnie regulowane urządzenie do dostarczania bodźców obwodowych. Bodźce musiały być jak najszybsze i jak najbardziej selektywne przestrzennie, aby zredukować "szum tła" i wyostrzyć interesujące sygnały. W tym celu urządzenie stymulujące i protokół dostarczania bodźca zostały wspólnie zoptymalizowane pod kątem tego zadania. W niniejszym artykule opisujemy tę technikę i przedstawiamy reprezentatywne wyniki.
Protokół stymulacji oparty na randomizowanych, sparowanych impulsach został zaprojektowany i zoptymalizowany w celu uniknięcia przyzwyczajenia. Protokół ten oferował przewagę klasycznych sparowanych impulsów i zmniejszał możliwość fałszywego blokowania między bodźcami i spontanicznych okresowych wybuchów aktywności neuronalnej.
Korzystając z tego losowo sparowanego impulsu, można było uzyskać szybkie i niezawodne odpowiedzi LFP i skoki oraz uchwycić szczególną cechę tych odpowiedzi związaną z zależnością zarówno LFP, jak i skoków od historii stymulacji. Rzeczywiście, z surowych odpowiedzi LFP wyodrębniono również zestaw trzech cech LFP (sam LFP, pierwsza pochodna LFP i faza pierwszej pochodnej) silnie skorelowanych ze średnią odpowiedzią na skok.
Zaproponowano kilka metod dopasowania modeli przewidujących skoki na podstawie LFP3,4. Ogólnie rzecz biorąc, punktem krytycznym procesu dopasowania modelu, wspólnym również dla przewidywania zdarzenia skokowego na podstawie sygnału bodźca, jest odpowiedni wybór funkcji celu w celu maksymalizacji/minimalizacji. Chociaż zaproponowano szereg obiektywnych funkcji (np. korelacja i koherencja)5, żadna z nich nie oddaje łącznie całej złożoności reakcji skoków. W związku z tym wprowadzany jest nowatorski framework oparty na optymalizacji wielocelowej. Pokazujemy, że przy użyciu proponowanej, opracowanej i tej ramy obliczeniowej możliwe jest oszacowanie zestawu modeli predykcyjnych opartych na silnych relacjach LFP do skoków.