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）。

为了使这项研究的目的“将神经尖峰序列从视网膜递送到脑皮质的主要视觉皮层中”，我们开发了一个继电器模块，该中继模块通过使用尖峰输出视网膜模拟设备和刺激电子模块作为第二阶段将两者的功能结合起来。该继电器模块是使用单板计算机和一个现场编程的门数组构建的，并配备了逻辑电路，用于根据上一阶段的输出数据来转换和生成后期的控制数据。此外，在软件中实现了一个计算电路，该计算电路模拟了从视网膜到脑皮质的尖峰传输效率转换为脑皮层，并确认了电路的运行。作为以这种方式构建的“新刺激系统”的比较，基于软件中外部光强度的变化的阈值处理，该系统（以下称为“常规刺激系统”）以固定频率（100-200 Hz）生成刺激脉冲，并确认了系统的运行。关于新的刺激系统，一些结果发表在国际学术期刊文章中（Y. Hayashida等，Front。Med。Technol。2022Sep 13; 4：927581。DOI：10.3389/fmedt.2022.927581）。 In addition, research results that also serve as a preliminary study for physiological experiments scheduled to be carried out next year and beyond were presented at an international conference (S. Fukuda et al., 2022 E-Health Bioeng.Conf., Romania, 2022, pp.1-4, doi: 10.1109/EHB55594.2022.9991319).