Minimum requirements for accurate and efficient real-time on-chip spike sorting.
Minimum requirements for accurate and efficient real-time on-chip spike sorting.
复制标题
DOI：
10.1016/j.jneumeth.2014.04.018
复制
发表时间：
2014-06-15
影响因子：
3
通讯作者：
Quiroga, Rodrigo Quian
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Navajas, Joaquin;Barsakcioglu, Deren Y.;Eftekhar, Amir;Jackson, Andrew;Constandinou, Timothy G.;Quiroga, Rodrigo Quian
细胞外记录是通过在大脑中插入电极来执行的，将信号中继到外部电力需求设备，在那里检测和分类尖峰，以识别不同假定神经元的放电活动。这些记录的一个主要警告是，为了将皮质内电极连接到外部放大器，需要穿过头皮和皮肤的电线。本文的目的是评估具有无线传输神经信号并执行实时现场锋电位分选的能力的可植入平台（即芯片）的可行性。我们计算模拟了一个两阶段的实现在线，强大的，高效的尖峰排序。在第一阶段中，在芯片上检测尖峰并将其流传输到外部计算机，在外部计算机中创建均值模板并将其发送回芯片。在第二阶段中，通过模板匹配对尖峰进行实时排序。我们使用细胞外记录的逼真模拟评估了该过程，并描述了一组优化性能的规范，同时保持最低的信号要求和计算的复杂性。开发长期BMI的一个关键瓶颈是找到一种廉价的实时尖峰分选方法。在这里，我们模拟了这个问题的解决方案，使用离线和在线处理数据。因此，该方法的硬件实现能够实现多个部位细胞外记录的低功率长期无线传输，并应用于无线BMI或闭环刺激设计。
Extracellular recordings are performed by inserting electrodes in the brain, relaying the signals to external power-demanding devices, where spikes are detected and sorted in order to identify the firing activity of different putative neurons. A main caveat of these recordings is the necessity of wires passing through the scalp and skin in order to connect intracortical electrodes to external amplifiers. The aim of this paper is to evaluate the feasibility of an implantable platform (i.e. a chip) with the capability to wirelessly transmit the neural signals and perform real-time on-site spike sorting. We computationally modelled a two-stage implementation for online, robust, and efficient spike sorting. In the first stage, spikes are detected on-chip and streamed to an external computer where mean templates are created and sent back to the chip. In the second stage, spikes are sorted in real-time through template matching. We evaluated this procedure using realistic simulations of extracellular recordings and describe a set of specifications that optimise performance while keeping to a minimum the signal requirements and the complexity of the calculations. A key bottleneck for the development of long-term BMIs is to find an inexpensive method for real-time spike sorting. Here, we simulated a solution to this problem that uses both offline and online processing of the data. Hardware implementations of this method therefore enable low-power long-term wireless transmission of multiple site extracellular recordings, with application to wireless BMIs or closed-loop stimulation designs.
登录
查看更多内容
DOI：
10.1007/s10470-009-9371-1
发表时间：
2010-07-01
影响因子：
1.4
作者：
Gosselin, Benoit;Sawan, Mohamad
通讯作者：
Sawan, Mohamad
细胞外田地和电流的起源-EEG，ECOG，LFP和尖峰。
DOI：
10.1038/nrn3241
发表时间：
2012-05-18
期刊：
Nature reviews. Neuroscience
影响因子：
--
作者：
Buzsáki G;Anastassiou CA;Koch C
通讯作者：
Koch C
影响因子：
4
作者：
Gorzelic, P.;Schiff, S. J.;Sinha, A.
通讯作者：
Sinha, A.
DOI：
10.1109/tnsre.2009.2023293
发表时间：
2009-08-01
影响因子：
4.9
作者：
Chestek, Cynthia A.;Gilja, Vikash;Shenoy, Krishna V.
通讯作者：
Shenoy, Krishna V.
DOI：
10.1109/tnsre.2010.2051683
发表时间：
2010-10-01
影响因子：
4.9
作者：
Gibson, Sarah;Judy, Jack W.;Markovic, Dejan
通讯作者：
Markovic, Dejan