Décodage de l activité neuronale
Neurophysiologie et neuro-prosthétique Musallan et al, 2004 Utiliser les signaux physiologiques pour activer des prothèses distantes, plus ou moins intelligentes
Neurophysiologie et neuro-prosthétique Les signaux disponibles sont essentiellement : Potentiels d actions sur des populations LFP Images métaboliques EMG Mouvement des yeux Configurations en ce qui concerne les enregistrements centraux : Réseau très dense sur une même aire Réseau recouvrant plusieurs aires ie un réseau fonctionnel
Applications pratiques : Neurophysiologie et neuro-prosthétique - interfaces cerveau-machine - paralysies (lésion cérébrales, médullaire, paralysies périphériques) - Amputations Types d associations possibles : - L activité corticale est utilisé dans le même but que son but initial (exple : bouger un bras) - L activité neuronale est détournée via un apprentissage de novo (exple : faire bouger un curseur sur l écran ) Prothèses senrorielles : le problème inverse (exple, rétines artificielles..)
Neurophysiologie et neuro-prosthétique Questions théoriques : enregistrements multiples visant à préciser le lien entre l activité neuronale unitaire et les signaux de populations neuronales (potentiels de champs locaux, EEG ) développer les algorithmes nécessaires au décodage des ces signaux en temps réel Comprendre la nature du codage de l information par les populations de neurones
Comment une population de neurone peut-elle encoder simultanément plusieurs variables? Sous-populations de neurones spécialisés (une variante du concept des neurones grand-mères) Codage qui permet une distribution de l information sur toute la population Le cas de l aire MSTd. Vrai décodage : i.e. capacité à généraliser à des données inconnues.
Several variables are encoded in MSTd (FOE, pursuit vectos ) Comment une population de neurone peut-elle encoder simultanément plusieurs variables?
Several variables are encoded in MSTd (Eye position, retinal FOE position ) Comment une population de neurone peut-elle encoder simultanément plusieurs variables?
One population or several specialized populations? The majority of neurons encode more than one variable at a time Comment une population de neurone peut-elle encoder simultanément plusieurs variables?
One population or several specialized populations? The majority of neurons encode more than one variable at a time Comment une population de neurone peut-elle encoder simultanément plusieurs variables?
These variable are encoded non-linearily Comment une population de neurone peut-elle encoder simultanément plusieurs variables?
Comment une population de neurone peut-elle encoder simultanément plusieurs variables? more non-linearities Pursuit vector in the dark cannot be decoded if we know how to read pursuit in the presence of expanding patterns.
Comment une population de neurone peut-elle encoder simultanément plusieurs variables? We have demonstrated that MSTd encodes the position of the FOE in head- and eye-centered coordinates, as well as the position and velocity of the eyes, with a high degree of accuracy on single trials. In the case of the FOE, its position in head-centered coordinates could be recovered with a bias of 0.5 1.5 and SD of 2.4 3. The value of the bias is similar to the biases of 1 2 found in humans by Royden et al. (1992) during pursuit eye movements. Très bon décodage étant donné que : -Plan expérimental différent -Décodage linéaire -Les réponses des neurones de MSTd sont beaucoup plus complexe que ceci (profondeur, direction de flux )
Comment une population de neurone peut-elle encoder simultanément plusieurs variables? Basis functions have been extensively used in models of neural computation because they can be combined linearly to approximate any nonlinear functions of the encoded variables. The nonlinear mixing of two or more signals by 90% of MSTd neurons suggests that MSTd could use basis functions to co-represent various types of information. Consistent with basis function encoding of FOE, pursuit (P), and eye position (E) in MSTd is the finding that all three variables were accurately decoded by the optimal linear estimator. Mais ce n est pas parce qu on a décodé l information dans cette aire de cette façon que cela veut dire que le cerveau utilise la même stratégie
Peut-on décoder des fonctions de plusieurs variables?. Par exemple le mouvement des doigts de la main?
Peut-on décoder des fonctions de plusieurs variables? Logistic regression is the optimal classifier when the data follows a multivariate Gaussian distribution with a fixed covariance matrix. Différentes approches, différentes performances
Peut-on décoder des fonctions de plusieurs variables?
Peut-on décoder des fonctions de plusieurs variables?. Jusqu où peut-on aller
Peut-on décoder des fonctions de plusieurs variables?. Par exemple le mouvement des doigts de la main? La généralisation opère pour le décodage de mouvements d un seul doigt mais par pour le décodage de mouvements de plusieurs doigts
Peut-on décoder des fonctions de plusieurs variables?. Par exemple le mouvement des doigts de la main? Performances de décodage de plusieurs mouvements simultanés
Neuroprosthetique avec implants du cortex moteur Wessberg et al, 2002
Neuroprosthetique avec implants du cortex moteur Wessberg et al, 2002
Neuroprosthetique avec implants du cortex moteur Wessberg et al, 2002
Neuroprosthetique avec implants du cortex moteur Hochberg et al, Donoghue 2006
Neuroprosthetique avec implants du cortex moteur Hochberg et al, Donoghue 2006
Neuroprosthetique avec implants du cortex moteur Hochberg et al, Donoghue 2006
Neuroprosthetique avec implants du cortex moteur Decoders were created, providing a neural cursor with which MN opened simulated e-mail and operated devices such as a television, even while conversing. Furthermore, MN used neural control to open and close a prosthetic hand, and perform rudimentary actions with a multijointed robotic arm. These early results suggest that NMPs based upon intracortical neuronal ensemble spiking activity could provide a valuable new neurotechnology to restore independence for humans with paralysis. Hochberg et al, Donoghue 2006