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Interfaces cerebro-maquina

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Una interfaz cerebro-maquina decodifica la intencion motora o cognitiva a partir de la actividad neuronal registrada, extendiendo directamente el formalismo de codificacion y decodificacion poblacional de E13. Un decodificador lineal adaptativo ajusta sus pesos mediante una regla de aprendizaje supervisado que minimiza el error entre la senal decodificada y la intencion objetivo, y esta senal decodificada controla un efector externo en un esquema de control en lazo cerrado con retroalimentacion sensorial artificial. El uso repetido de la interfaz induce ademas reorganizacion cortical (extension de la plasticidad de E07, en la misma linea que M05), ya que la corteza aprende a modular su actividad para mejorar el control del dispositivo. El desempeno de la interfaz se cuantifica mediante la tasa de transferencia de informacion (formula de Wolpaw, basada directamente en la teoria de la informacion introducida en E13) y mediante la fidelidad de la decodificacion, la cual tipicamente se degrada con la fatiga del usuario durante sesiones prolongadas.

>Modelo

ID:('ky', 1542)


Decodificación lineal

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$u_{decoded}=\sum_i w_{BMI,i}r_i(t)$

$u_{decoded}$
Intención decodificada
$1$
$mathbf w_{BMI}$
Pesos del decodificador
$1$
$r_i$
Actividad neuronal
$Hz$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 13653)


Adaptación BMI

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$\frac{d\mathbf w_{BMI}}{dt}=\eta_{BMI}(u_{target}-u_{decoded})\mathbf r$

$u_{decoded}$
Intención decodificada
$1$
$u_{target}$
Intención objetivo
$1$
$mathbf w_{BMI}$
Pesos del decodificador
$1$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 13654)


Lazo cerrado

Storyboard



$\frac{dx_{effector}}{dt}=u_{decoded}-k_{damp}x_{effector}+Feedback$

$x_{effector}$
Estado del efector
$1$
$u_{decoded}$
Intención decodificada
$1$
$Feedback$
Retroalimentación sensorial
$1$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 13655)


Reorganización cortical

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$\frac{dw_{cortex}}{dt}=\eta_{BMI,learn}r_{pre}r_{post}Reward_{BMI}$

$w_{cortex}$
Peso cortical aprendido
$1$
$Reward_{BMI}$
Recompensa de control
$1$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 13656)


ITR Wolpaw

Storyboard



$ITR=(\log_2N+P\log_2P+(1-P)\log_2\frac{1-P}{N-1})\frac{60}{T_{trial}}$

$ITR$
Transferencia de información
$bit/m$



>Modelo

ID:('gm', 13657)


Fidelidad

Storyboard



$Fidelity=corr(u_{target},u_{decoded})$

$Fidelity$
Fidelidad de decodificación
$1$
$u_{decoded}$
Intención decodificada
$1$
$u_{target}$
Intención objetivo
$1$



>Modelo

ID:('gm', 13658)


Fatiga

Storyboard



$SNR=SNR_0e^{-k_{fatigue}t_{use}}$

$SNR$
Relación señal-ruido
$1$
$t$
Tiempo
$s$



>Modelo

ID:('gm', 13659)


Estructura del modelo

Descripción

Red de modelo


Primero, seleccione la ecuación:   a ,  luego, seleccione la variable:   a 

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

Cálculos

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

 Variable   Dado   Calcule   Objetivo :   Ecuación   A utilizar



Variables

Símbolo
Texto
Variable
Valor
Unidades
Calcule
Valor MKS
Unidades MKS
$x_{effector}$
x_effector
Estado del efector
1
$Fidelity$
Fidelity
Fidelidad de decodificación
1
$u_{decoded}$
u_decoded
Intención decodificada
1
$u_{target}$
u_target
Intención objetivo
1
$w_{cortex}$
w_cortex
Peso cortical aprendido
1
$mathbf w_{BMI}$
w_BMI
Pesos del decodificador
1
$Reward_{BMI}$
Reward_BMI
Recompensa de control
1
$SNR$
SNR
Relación señal-ruido
1
$Feedback$
Feedback
Retroalimentación sensorial
1
$ITR$
ITR
Transferencia de información
bit/m
$r_i$
r[i]
Actividad neuronal
Hz
$t$
t
Tiempo
s

ID:(0, 1542)


gphysics.net - Dr. Willy H. Gerber
Palos Verdes, Costa de Corral, Región de los Rios, Chile