Reliability of input output in neuronal networks

Master/D opdracht (25 weken, 1000 uur)

(Onderdelen van deze opdracht kunnen als Bachelor opdracht worden uitgevoerd)

Background and problem statement

Dit project is een van een aantal onderzoeken in ‘’Live learning networks’’. Corticale hersencellen kunnen buiten het lichaam, in vitro, worden gekweekt op een multi elektrode array, waarmee de activiteit van een aantal cellen kan worden geregistreerd, en gemanipuleerd. Er zijn sterke aanwijzingen dat zo’n netwerkje van hersencellen leergedrag vertoont, als een soort minibrein. De vraag is hoe dat leergedrag plaats vindt. Om daar dieper inzicht in te krijgen zijn een groot aantal deelvragen te beantwoorden. Deze opdracht is daar een van.

Assignment

We use multi-electrode arrays to study information processing of two dimensional neuronal networks. There are 60 electrodes available for observation or stimulation. When stimulating at a single electrode at a low frequency (e.g. 0.1 to 1 Hz) which should not exhaust the network, we find that sometimes the network response decreases with time. Also, when observing the reaction of a single electrode it can decrease even when the network reaction as a whole stays stable. As we are interested in controlling the response, a sufficiently reliable response should first be found. In this assignment you will investigate the use of multiple inputs and/or outputs as way of improving the reliability. In a typical learning experiment, we stimulate the culture at 1 electrode until a desired response is observed. Repetition of this experiment shows a decrease in the number of stimuli required to evoke the desired response, thus the culture has learned a new input-output relation. Reliable input-output relations will allow us refine our experiments.

There are two ways of increasing the number of stimulated/evaluated neurons. One possibility is the use of bigger electrodes (we use Ø10um and Ø30um) to increase the number of neurons that contact the electrode. Alternatively, you may stimulate/evaluate more electrodes simultaneously. Differences between cultures and spontaneous activity have to be accounted for.

Profile student

Gezocht wordt een student met affiniteit voor biomedische signaalverwerking en celbiologisch labwerk. De ontwikkelomgeving is Matlab en Labview. Verdere detaillering van de opdracht zal in overleg tussen student en begeleiderplaatsvinden.

Components

·

Literature study

·

Experiments

·

Analysis

·

Thesis writing

Educational program

BSc/MSc

EL/BMT

Research theme

From Neural Circuit Behaviour to Human Sensory-Motor Function

Principal Investigator track

Dr ir Joost le Feber

Neurotechnology and cellular engineering

Supervision and info

Dr.ir. Joost le Feber