Brain-Machine intelligence - Brain-machine interfacing with micro-electrode arrays in the visual cortex

From 01-01-2009 to 31-12-2012

Description

Het doel van dit project is een autonoom werkend, adaptief BMI systeem te ontwikkelen dat: 1) automatische spike detectie, 2) automatische spike sorting (spike discriminatie) en 3) automatische array decoding (spike decoding) uitvoert. Om dit doel te bereiken moet de state of the art in elk van de 3 stadia worden uitgebreid met nieuw, fundamenteel onderzoek. Bovendien wordt een radicaal nieuwe strategie voorgesteld, black-box decoding, dat spike sorting en zelfs spike detectie overbodig zou kunnen maken. In het laboratorium van M. Van Hulle, promotor van dit project, registreert collega Prof. R. Vogels in het dorsale deel van de visuele hersenzone V4 bij de makaak. Hersenzone V4 is een tussenstation tussen hersenzone V2 en de inferotemporale cortex. Neuronen in V4 zijn gevoelig aan de oriëntatie en de kleur van lijnen en gratings (Desimone et al., 1985), eenvoudige vormkenmerken zoals curvatuur (Pasupathy en Connor, 1999), en eenvoudige geometrische vormen (Mysore et al., 2006). Prof. Vogels onderzoekt de codering van visuele objecteigenschappen die nodig zijn voor objectherkenning en –categorisatie, en gebruikt hiertoe verzamelingen van visuele stimuli die de aap leert te discrimineren. Een groot verschil met de premotor- en motorhersenzones is dat zij veel meer grote piramidale neuronen bevatten dan de visuele zones zoals V4, zodat het eenvoudiger is om in deze zones te registeren. Bijgevolg wordt door het registreren in V4, het spike detectie en -sorteringsprobleem veel moeilijker, en elke vooruitgang op dit vlak is van groot belang om met BMI’s ook in andere visuele zones te kunnen registeren. Electrofysiologisch gezien is dit dus een uitdaging op zich. Een andere reden om te concentreren op V4 is de betrachting tot hetzelfde decoderingsresultaat te komen als het gedragsmatige antwoord van de aap. Als de BMI het gedrag van de aap kan dupliceren dan kan dit systeem ook ingezet worden om motorgerelateerde signalen uit de (pre)mortor hersenzones te halen. De bedoeling van dit project is dus niet nieuwe electrofysiologische experimenten uit te voeren maar om op algoritmisch vlak in elk van de 3 voornoemde stadia belangrijke vooruitgang te boeken of zelfs bepaalde stadia uit te schakelen.  

Team

• Johan Suykens, Co-promoter
• Marc Van Hulle, Promoter (External)

Financing

Funding: FWO - Research Foundation - Flanders

Program/Grant Type: FWO Research Grant - FWO Research Grant