Abstract
A chief concern in the pursuit of controlling a neuroprosthetic device using direct brain signals is the question of how many bits of information are achievable through a direct brain-machine interface (BMI) via implantable microelectrode devices. This experiment begins to address this issue with implementation of a simple, software based decoding algorithm that allows the brain to adapt to the rules imposed upon it, To test this algorithm, two chronic 16-channel Michigan silicon microelectrode arrays were implanted into the primary motor cortex of two rats to record simultaneous unit spike activity. The animals were trained to perform an auditory detection task by modulating the recorded cortical spike activity in a prescribed manner. Both non-adaptive and adaptive neural decoding algorithms were evaluated. With the implementation of a non-adaptive decoding algorithm, the rats' behavioral (cortical) responses plateaued at approximately 75% correct; however, with the implementation of an adaptive algorithm, the rats' behavioral responses relatively quickly increased to 91% correct. The neural recordings suggest that the brain is able to modulate detailed cortical responses in accordance with the prescribed operant conditioning rules
چکیده
توجه عمده در پیگیری کنترل دستگاه پروتز عصبی با استفاده از سیگنال های مستقیم مغز به این مسئله است که چند بیت اطلاعات به وسیلۀ رابط مستقیم مغز-ماشین (BMI) از طریق کاشت دست یافتنی است. این آزمایش با پیاده سازی الگوریتم کد گشایی ساده و مبتنی بر نرم افزار که سبب وفق یافتن مغز با قوانین تحمیل شده به آن می شود، به این مسئله می پردازد. برای تست این الگوریتم، دو آرایۀ میکروالکترود سیلیکنی دائمی میشیگان 16 کاناله در کورتکس حرکتی دو موش به منظور ضبط فعالیت همزمان نوسانات لحظه ای واحد کاشته شده است. این حیوانات آموزش دیده اند تا از طریق مدوله کردن فعالیت نوسانات لحظه ای کورتیکال ضبط شده به روش تجویز شده، عمل تشخیص شنیداری را انجام دهند. هر دو الگوریتم کد گشایی نورونی غیر وفقی و وفقی ارزیابی شده اند. با پیاده سازی الگوریتم کد گشایی غیر وفقی، پاسخ های رفتاری (کورتیکال) موش ها تقریبا با درستی 75% به ثبات رسیده اند؛ با این حال، با پیاده سازی الگوریتم وفقی، پاسخ های رفتاری موش ها نسبتا سرع تر افزایش یافت و به درستی 91% رسیده اند. ضبط نورونی نشان می دهد که مغز قادر به مدوله کردن پاسخ های دقیق کورتیکال مطابق قوانین شرطی سازی کنش گر تجویز شده می باشد.
1-مقدمه
سیستم های پیشرفتۀ پروتز عصبیِ مربوط به کنترل به دلیل تعداد کم سیگنال های کنترلی در دسترس در حال کم شدن هستند. یک شیوه برای افزایش پهنای باند سیگنال کنترلی، وصل کردن تدریجی آن به سیستم کنترل حرکتی در سطوح بالاتری از سیستم از قبیل نورون ها در کورتکس حرکتی می باشد [1]. مطالعات مهمی که ابتدا در دهۀ 1960 آغاز شد [3] و تا به امروز ادامه یافته است [3] به صورت تجربی نشان می دهند که سیگنال های مربوط به حرکت در کورتکس حرکتی اولیه از طریق اَعمال ترکیبی تعداد زیادی از نورون های تنظیم شده، کد گذاری شده اند...