Výzkum mozkových signálů pomocí Arduina
Leonardo Lupori a Raffaele Mazziotti se zabývají neurovědou v Tommaso Pizzorussově laboratoři v rámci Institutu neurovědy CNR v Pise. V rámci svého bádání vytvořili nástroj IOSIC (Intrinsic Optical Signal Imaging Chamber–komora pro zpracování vnitřních optických signálů) na bázi Arduina a kontrolovaný MATLABem. IOSIC beží na Arduino Micro a byl vytvořen především jako zobrazovací aparát vnitřních optických signálů během různých experimentů zabývajících se neuroplasticitou.
Zpracovávání vnitřních optických signálů (IOS) je metodou poprvé použitou přibližně před 30 lety, která změnila naše chápání organizace kortikálních funkcí a plasticity mozku. IOS jsou produkovány, když mozek zpracovává informace a jejich sledováním se lze dozvědět mnoho o tom, jak vlastně funguje. Na měření podobných signálů je založen i přístroj pojmenovaný pletysmograf (umožňuje měřit tep srdce na základě dat získaných měřením na prstu). Vědce především zajímá to, jak se mozek přizpůsobuje různým podmínkám, jak ukládá informace, ale také například schopnost učit se, či změny stavu mozku při onemocnění.
3D model a konečná podoba projektu
Ačkoliv je jejich laboratoř již dlouho plně vybavena pro expertízu elektro-fyziologických jevů, rozhodli se, že vytvoří aparát pro měření IOS za použití dostupných a levných prvků:
Abychom mohli celý systém zprovoznit, použili jsme mix různých komerčních a na zakázku vytvořených komponent. Nejdražší součástí, kterou jsme použili, byla kamera od Hamamatsu (je nutná, protože potřebujeme analyzovat vizuální data kvantitativně), ale je možné použít i levnější kameru (nejlépe s čipem CCD s minimálně 12-bitovou hloubkou). Zbytek komponent pochází ze starých součástí laboratoře. Například mikroskop, v našem případě konfokální mikroskop Olympus, ale použitelný by měl být jakýkoli světelný mikroskop či makroskop. Jako zdroj světla jsme použili speciálně vyrobený držák korunovitého tvaru, který je možno připevnit k objektu a který poskytuje stabilní zdroj světla. Poté jsme vytvořili v MATLABu skript pro řízení kamery. Dalším krokem bylo postavit snímací komoru. Snímací komora je nutnou součástí celého zařízení, neboť je potřeba udržet zkoumané zvíře znehybněné a v klidu. Komora navíc pomáhá udržovat jeho tělesnou teplotu, zatímco je pod vlivem anestézie. Také umožňuje automaticky měnit vizuální pole zvířete, což usnadňuje měření okulární dominance. Vlastní komora se skládá z 3D vytištěné části, na které je připevněno Arduino Micro, dva servomotory, vyhřívaná podložka, IR teploměr a magnetický prstenec.
Momentálně tento systém s úspěchem používáme a doufáme, že nám dopomůže k novým objevům v této oblasti.
Kód IOSIC pro Arduino micro je ke stažení zde. Tento kód využívá knihovny třetích stran: TMP006 a Servo. MATLAB kód pro ovládání závěrky je pak k dipozici zde.
Přeloženo z https://blog.arduino.cc/2015/11/16/a-low-cost-approach-to-intrinsic-optical-signal/ a mírně upraveno.