CZ201412A3 - Stimulátor pro neuroinformatické a reaktometrické experimenty - Google Patents
Stimulátor pro neuroinformatické a reaktometrické experimenty Download PDFInfo
- Publication number
- CZ201412A3 CZ201412A3 CZ2014-12A CZ201412A CZ201412A3 CZ 201412 A3 CZ201412 A3 CZ 201412A3 CZ 201412 A CZ201412 A CZ 201412A CZ 201412 A3 CZ201412 A3 CZ 201412A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- module
- stimulator
- experiments
- stimulus
- control module
- Prior art date
Links
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 15
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 abstract 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 11
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 5
- 230000000763 evoking effect Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 3
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000000205 computational method Methods 0.000 description 2
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000007831 electrophysiology Effects 0.000 description 2
- 238000002001 electrophysiology Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 208000012902 Nervous system disease Diseases 0.000 description 1
- 208000025966 Neurological disease Diseases 0.000 description 1
- 230000007177 brain activity Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 210000000653 nervous system Anatomy 0.000 description 1
- 230000001537 neural effect Effects 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000003238 somatosensory effect Effects 0.000 description 1
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
Stimulátor pro neuroinformatické a reaktometrické experimenty sestávající z řídícího modulu (1), na který je napojen modul podnětu (2) a paměť (4), kde k řídícímu modulu (1) je připojen komunikační modul (5), ke kterému je připojen zobrazovací modul (7).
Description
Stimulátor pro neuroinformatické a reaktometrické experimenty
Oblast techniky
Vynález se týká stimulátorů pro neuroinformatické a reaktometrické experimenty sestávajícího se z řídícího modulu, na který je napojen modul podnětu a přídavná paměť.
Dosavadní stav techniky
Neuroinformatikaje vědní obor, který se zabývá zpracováním a analýzou dat z oblasti neurověd prostředky informatiky. Aplikací analytických a výpočetních metod jsou z dat získávány nové poznatky o funkci nervového systému, mechanizmech neurologických onemocnění atd. Prolínání výzkumu v oblasti neurověd a informatiky je oboustranně přínosné, neboť jedné straně přináší nové, obtížně získatelné poznatky o fungování mozku, straně druhé pak rozvoj a vývoj výpočetních metod pro analýzu dat a modelování systémů. Kromě samotné datové analýzy se neuroinformatika zabývá získáváním, předzpracováním a dlouhodobým uchováváním dat, vytvářením datových úložišť a jejich integrací. Reaktometrie je v odborné literatuře definována jako měření a popis senzomotorických výkonů, kupříkladu měření rychlosti motorické reakce na vizuální podnět.
V současné době se v elektrofyziologických experimentech využívají dva základní typy stimulátorů. Jedním typem jsou stimulátory softwarové, u kterých je stimulátor realizován jako samostatný program běžící na osobním počítači. Jejich výhodou je univerzálnost a možnost vytvoření libovolného typu stimulů, nevýhodou těchto stimulátorů je především zpoždění mezi výskytem stimulu a výskytem synchronizačního impulsu a zpoždění, které vzniká při zpracování odezvy od měřeného subjektu. Tato zpoždění jsou závislá na použité výpočetní technice, operačním systému a ovladačích zařízení, mohou se počítač od počítače lišit a korekce těchto zpoždění je obtížná a prakticky nerealizovatelná. Dalším typem stimulátorů jsou stimulátory hardwarové, které jsou většinou součástí záznamového zařízení a které jsou orientovány pouze na omezenou skupinu stimulačních protokolů; většinou se jedná o evokace základních zrakových a sluchových evokovaných potenciálů používaných v medicíně. Jejich výhodou je rychlost a přesná synchronizace s měřicím zařízením, hlavní nevýhodou je uzavřenost celého systému, tj. není možné je modifikovat a upravovat pro jiné typy experimentů, než pro které jsou určeny. Ve většině případů není možné tyto stimulátory využívat pro jiná EEG záznamová zařízení než pro zařízení, jejichž součástí jsou (obvykle nemají vyvedený synchronizační signál, který by mohlo využívat i jiné záznamové zařízení). Univerzální zařízení, které by bylo přenosné a dostatečně univerzální a odstraňovalo by nevýhody zmíněných stimulátorů, bohužel na trhu chybí.
Jsou známá řešení jako kupříkladu patentový dokument čC CZ 303192B6, který se týká konstrukce zrakového stimulátoru, kdy je měřená osoba stimulována skupinou LED umístěnou na okraji zorného pole měřené osoby. Podobného charakteru jsou i přihlášky US 200915686 a GB 2352182. Další zveřejněná přihláška CN 101214148A se týká zvukového stimulátoru složeného ze zdroje zvukového signálu, obvodu pro zpracování signálu a elektrodami s audio stimulátorem v podobě zvukové karty na počítači, který zvuky převádí na somatosenzorickou stimulaci.
v
Přihláška US008543219B2 popisuje zařízení pro detekci mozkové aktivity a modulaci neuronální aktivity v mozku stimulací zejména zrakových a sluchových senzorů. Součástí zařízení je stimulátor zrakových, případně sluchových senzorů člověka. Stimulátor je zde popisován jako funkční celek, který vykonává požadované funkce nutné pro stimulaci osoby, není zde však popisována detailní schematická realizace, nýbrž zařízení jako celek.
Podstata vynálezu
Vynálezem je stimulátor pro neuroinformatické a reaktometrické experimenty, který se skládá zřídícího modulu, na který je napojen modul podnětu a paměť. Ktomuto řídícímu moduluje připojen komunikační modul, ke kterému je připojen zobrazovací modul.
Řídicí modul je postaven na bázi jednoduchého, ale výkonného mikrokontroleru (MCU), ovládaného firmwarem. Úkolem tohoto modulu je generovat řídicí impulzy podle předem nastaveného časového schématu, které jsou následně zpracovány modulem podnětu, generovat synchronizační impulzy pro synchronizační modul a zpracovávat impulzy generované modulem odezvy. Tyto tři základní funkce řídicí jednotky jsou realizovány přerušovacím mechanismem a jsou tedy dostatečně rychlé a tím pádem nevzniká nežádoucí zpoždění mezi okamžikem výskytu stimulu a výskytem synchronizačního impulsu, které je typické pro softwarové stimulátory. Pokud ke zpožděním přesto dojde, jsou tato zpoždění měřitelná a je možné provést jejich korekci.
Modul podnětu převádí impulzy generované řídicím modulem na stimulační podněty. Ty mohou být buď vizuální jako blikání LED diod, LED panelů, popř. grafických objektů a symbolů na monitoru, akustické tj. kupříkladu tóny různé frekvence v rozsahu 20 Hz - 15 Z.
-ΐ * kHz, slova apod., popř. kombinace předchozích dvou typů. Modul podnětu může být realizován např. programovatelným logickým polem.
Paměť slouží k jednak k uložení základního firmware pro ovládání MCU, jednak k uchování základních konfiguračních parametrů stimulátoru. Jedná se o paměť typu FRAM, která uchovává informace i po vypnutí napájení stimulátoru a je dostatečně rychlá pro zápis a ctem.
Další možnou realizací je zapojení, ve kterém je k řídícímu modulu, na který je napojen modul podnětu a paměť, připojen přes komunikační modul počítač. Výhodou tohoto uspořádání je možnost nastavení parametrů stimulace prostřednictvím počítače. Při experimentu pak dochází k stimulaci měřené osoby a měří se reakční doba, tj. doba od výskytu stimulu po stisknutí tlačítka měřenou osobou.
Podle jiného provedení je k řídícímu modulu, na který je napojen modul podnětu a paměť, připojeno přes výstupní modul záznamové zařízení. Toto zapojení je výhodné zejména u experimentů, ve kterých se měří pouze EEG stimulované osoby bez následného vyhodnocení doby reakce, tj. měřená osoba nereaguje na podněty stisknutím tlačítka.
Další výhodným provedením je takové provedení, kdy je k řídícímu modulu připojen modul odezvy. Při takovém se měřená osoba stimuluje a zároveň reaguje na stimuly například stisknutím tlačítka. Během měření je možné zároveň vyhodnocovat i EEG odpověď.
Modul odezvy slouží k převodu vstupů z obvykle z uživatelských tlačítek na logickou úroveň, kterou zpracovává MCU řídicího modulu. Může být realizován jednoduchými klopnými obvody.
Komunikační modul zajišťuje komunikaci mezi stimulátorem a počítačem PC přes rozhraní USB. Využívá se k přenosu konfiguračních parametrů z připojeného PC a ke čtení dat uložených v paměti.
Synchronizační modul umožňuje synchronizovat stimulátor s externím měřicím zařízením, obvykle EEG zesilovačem. Tato synchronizace je nutná např. při měření evokované odpovědi v elektrofyziologii, neuropsychologii, popř. v systémech rozhraní mozek počítač - BCI - Brain Computer Interface. Synchronizační modul může být rovněž realizován klopným obvodem, popř. čipem realizujícím klopné obvody.
Λ ! * * *
Zobrazovací modul slouží k nastavení parametrů a ovládání stimulátoru, zobrazení parametrů stimulace a zobrazení naměřených dat. Je realizován dotykovým LCD displejem s dostatečným rozlišením a umožňuje využívat stimulátor jako samostatnou jednotku bez připojení k počítači PC.
Přehled obrázků na výkresech
Na obr. 1 je znázorněno provedení schéma blokového zapojení stimulátoru, na obr. 2 je znázorněno schéma zapojení stimulátoru s připojením na PC, na obr. 3 je znázorněno schéma stimulátoru se záznamovým zařízením, na obr. 4 je znázorněno schéma stimulátoru s modulem odezvy.
Příklad provedeni
Stimulátor pro neuroinformatické a reaktometrické experimenty je tvořen řídícím modulem 1, na který je napojen modul podnětu 2 a paměť 4. Modul podnětu může být v podobě zařízení pro audio stimulaci, LED modulu pro vizuální stimulaci, LCD modulu pro prezentaci složitějších vizuálních stimulů nebo modulu pro kombinovanou zrakovou a zvukovou stimulaci. K řídícímu modulu 1 je připojen komunikační modul 5, ke kterému je připojen zobrazovací modul 7. Na obr. 1 je schematicky znázorněna konfigurace stimulátoru, který pracuje jako samostatná jednotka bez synchronizace s externím záznamovým zařízením. Jednotlivé stimuly mohou být buď vizuální nebo akustické a mohou být vzájemně nezávislé. Tato konfigurace je vhodná pro experimenty, ve kterých je požadována evokace vizuálních ustálených evokovaných potenciálů (SSVEP - steady statě visual evoked potential).
Jednou z možných konfigurací je stimulátor pro neuroinformatické a reaktometrické experimenty tvořený řídícím modulem 1, na který je napojen modul podnětu 2 a paměť 4 (obr. 2). K řídícímu modulu 1 je dále připojen komunikační modul 5, ke kterému je připojen zobrazovací modul 7. Ke komunikačnímu modulu 5 je paralelně vůči zobrazovacímu modulu 7 připojen počítač PC. V této konfiguraci je možné provádět experimenty obdobného typu jako u konfigurace 1, navíc je možné v průběhu experimentu měnit parametry stimulace (např. na základě naměřených a analyzovaných dat ze záznamového EEG zařízení).
Další možnou konfigurací je stimulátor, ve kterém je k řídícímu modulu 1 připojeno záznamové zařízení 8 přes výstupní modul 6. Záznamovým zařízením je v tomto případě elektroencefalogram - EEG, obecně však může být použito jakékoliv zařízení, které vyžaduje
X synchronizaci - tj. vyžaduje znalost přesného okamžiku výskytu stimulu. Tato konfigurace (obr.G) je vhodná pro většinu experimentů z oblasti elektrofyziologie a neuropsychologie, ve
A kterých je měřena evokovaná odpověď (endogenní nebo exogenní) a experimentů z oblasti systémů BCI. Volitelné je propojení s počítačem PC (může být totožný se záznamovým zařízením)?, které umožňuje změnu parametrů stimulace v průběhu experimentu.
Možné je rovněž provedení stimulátoru, ve kterém je k řídícímu modulu 1 připojen modul odezvy 3 (obr. 4). V tomto případě je stimulátor využíván pro obdobný typ experimentů jako na na obr. 3, navíc je zapojen modul odezvy, který umožňuje měřit reakční dobu měřené osoby a tuto dobu zaznamenávat v paměti stimulátoru, popř. ji během stimulace přenášet a ukládat do připojeného PC.
Průmyslová využitelnost
Vynález je primárně určen pro stimulaci měřených subjektů při výzkumu v oblasti EEG/ERP experimentů, vývoje BCI systémů a při experimentech, ve kterých je měřena doba odezvy měřeného subjektu.
Claims (4)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Stimulátor pro neuroinformatické a reaktometrické experimenty sestávající se z řídícího modulu (1), na který je napojen modul podnětu (2) a paměť (4ý vyznačující se tím, že k řídícímu modulu (1) je připojen komunikační modul (5), ke kterému je připojen zobrazovací modul (7).
- 2. Stimulátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že ke komunikačnímu modulu (5) je paralelně k zobrazovacímu modulu (7) připojen počítač (PC).
- 3. Stimulátor podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že k řídícímu modulu (1) je připojeno záznamové zařízení (8), přes výstupní modul (6).
- 4. Stimulátor podle nároku 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že k řídícímu modulu (1) je připojen modul odezvy (3).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2014-12A CZ201412A3 (cs) | 2014-01-10 | 2014-01-10 | Stimulátor pro neuroinformatické a reaktometrické experimenty |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2014-12A CZ201412A3 (cs) | 2014-01-10 | 2014-01-10 | Stimulátor pro neuroinformatické a reaktometrické experimenty |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ304979B6 CZ304979B6 (cs) | 2015-02-25 |
| CZ201412A3 true CZ201412A3 (cs) | 2015-02-25 |
Family
ID=52598499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2014-12A CZ201412A3 (cs) | 2014-01-10 | 2014-01-10 | Stimulátor pro neuroinformatické a reaktometrické experimenty |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ201412A3 (cs) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4201224A (en) * | 1978-12-29 | 1980-05-06 | Roy John E | Electroencephalographic method and system for the quantitative description of patient brain states |
| CZ303192B6 (cs) * | 2010-07-12 | 2012-05-23 | Univerzita Karlova v Praze, Lékarská fakulta v Hradci Králové | Zrakový stimulátor |
-
2014
- 2014-01-10 CZ CZ2014-12A patent/CZ201412A3/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ304979B6 (cs) | 2015-02-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US12434066B2 (en) | Systems and methods of delivering therapy using an ambulatory medical device | |
| Patel et al. | Hard real-time closed-loop electrophysiology with the Real-Time eXperiment Interface (RTXI) | |
| Huang et al. | Plasticity induced by non-invasive transcranial brain stimulation: a position paper | |
| Maister et al. | Your place or mine: Shared sensory experiences elicit a remapping of peripersonal space | |
| Contreras et al. | Formation and reverberation of sequential neural activity patterns evoked by sensory stimulation are enhanced during cortical desynchronization | |
| EP2950868B1 (en) | System for enhanced knowledge consolidation by sleep slow wave induction and sensory context re-creation | |
| US10835176B2 (en) | Personalized closed-loop pulsed transcranial stimulation system for cognitive enhancement | |
| CN104955385B (zh) | 增大睡眠分阶的准确性的感官刺激 | |
| May et al. | Detection of optogenetic stimulation in somatosensory cortex by non-human primates-towards artificial tactile sensation | |
| Wilson et al. | A procedure for measuring latencies in brain–computer interfaces | |
| Ladenbauer et al. | Weak electric fields promote resonance in neuronal spiking activity: Analytical results from two-compartment cell and network models | |
| CN109550145A (zh) | 刺激设备和方法 | |
| Enander et al. | Ubiquitous neocortical decoding of tactile input patterns | |
| Mayer et al. | Duration perception in crossmodally-defined intervals | |
| Noorshams et al. | Automating mouse weighing in group homecages with Raspberry Pi micro-computers | |
| Stein et al. | Neural development of multisensory integration | |
| Wiener | Transcranial magnetic stimulation studies of human time perception: a primer | |
| Pedron et al. | Open-tES: an open-source stimulator for transcranial electrical stimulation designed for rodent research | |
| CZ304979B6 (cs) | Stimulátor pro neuroinformatické a reaktometrické experimenty | |
| AU2020100616A4 (en) | Using wearable device and voice analysis to track mental health | |
| Crema et al. | Embedded platform-based system for early detection of Alzheimer disease through transcranial magnetic stimulation | |
| Sun et al. | Vibrotactile piezoelectric stimulation system with precise and versatile timing control for somatosensory research | |
| CN107122602A (zh) | 一种tms刺激与视觉同步呈现控制方法及设备 | |
| Vabba et al. | The Vagus nerve as a gateway to body ownership: taVNS reduces susceptibility to a virtual version of the cardiac and tactile rubber hand illusion | |
| Yazawa | Quantifying stress in crabs and humans using modified DFA |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20200110 |