Drinving of Cortical Neurons with Neuromorphic Spike Sequences of Sensory Organs

用感觉器官的神经形态尖峰序列驱动皮质神经元

• 批准号: 22K12781
• 负责人: 林田 祐樹
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Mie University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K12781/
• 关键词: 神経補綴; 神経模倣; 視覚情報; 神経スパイク; 生理学実験

本研究目的に述べた「網膜からの神経スパイク列を模倣して設計した刺激を脳皮質一次視覚野内へ与える」ことを可能にするため、スパイク出力型の網膜模倣デバイスを前段、刺激用電子モジュールを後段とし、両者を機能的に結合する中継モジュールを開発した。この中継モジュールは、シングルボードコンピュータおよびField-Programmable Gate Arrayを用いて構成し、それら内部に、前段の出力データをもとに、後段の制御用データを変換生成するロジック回路を搭載した。また、網膜から脳皮質までのスパイク伝達効率の変換を模擬する演算回路をソフトウェア実装し、その動作確認を行った。こうして構築した“新規刺激システム”の比較対象として、過去の人工視覚のヒト臨床試験やサル行動実験で用いられたものと同様に、外界光強度変化に対する閾値処理を元に、固定周波数(100－200 Hz)の繰返し刺激パルスを生成するシステム（以下“従来刺激システム”）をソフトウェア実装し、その動作確認を行った。なお、新規刺激システムについては、その結果の一部を国際学術誌論文（Y. Hayashida et al., Front. Med. Technol. 2022 Sep 13;4:927581. doi: 10.3389/fmedt.2022.927581）に発表した。また、次年度以降実施予定の生理学実験に向けて、その予備検討を兼ねた研究成果を国際会議で発表した（S. Fukuda et al., 2022 E-Health Bioeng.Conf., Romania, 2022, pp.1-4, doi: 10.1109/EHB55594.2022.9991319）。

正如本研究目的所述，为了使“将旨在模仿神经尖峰序列的刺激从视网膜应用到大脑皮层的初级视觉皮层”成为可能，使用尖峰输出型视网膜拟态装置作为我们开发了一个继电器模块，可以将两者作为后级进行功能连接。该继电器模块采用单板计算机和现场可编程门阵列构成，并配备逻辑电路，根据前一级的输出数据转换并生成后一级的控制数据。我们还实现了一个软件计算电路，模拟从视网膜到大脑皮层的尖峰传输效率的转换，并确认了其操作。作为以此方式构建的“新刺激系统”的比较目标，我们使用固定频率（100-200 Hz）实现了生成重复刺激脉冲（200 Hz）的软件系统（以下简称“传统刺激系统”）并确认了其运行情况。关于新的刺激系统，部分结果发表在国际学术期刊文章（Y. Hayashida et al., Front. Med. Technol. 2022 Sep 13;4:927581. doi: 10.3389/fmedt.2022.927581）上。此外，我们在国际会议上展示了研究结果，这也作为计划从明年开始进行的生理实验的初步研究（S. Fukuda等人，2022 E-Health Bioeng.Conf.，罗马尼亚， 2022 年，第 1-4 页，doi：10.1109/EHB55594.2022.9991319）。

项目成果

Multichannel stimulation module as a tool for animal studies on cortical neural prostheses

多通道刺激模块作为皮质神经假体动物研究的工具

• DOI: 10.3389/fmedt.2022.927581
• 发表时间: 2022
• 作者: Hayashida, Yuki;Kameda, Seiji;Umehira, Yuichi;Ishikawa, Shinnosuke;Yagi, Tetsuya
• 通讯作者: Yagi, Tetsuya