A Closed Loop Brain-machine Interface for Epilepsy Control Using Dorsal Column Electrical Stimulation

Although electrical neurostimulation has been proposed as an alternative treatment for drug-resistant cases of epilepsy, current procedures such as deep brain stimulation, vagus, and trigeminal nerve stimulation are effective only in a fraction of the patients. Here we demonstrate a closed loop brain-machine interface that delivers electrical stimulation to the dorsal column (DCS) of the spinal cord to suppress epileptic seizures. Rats were implanted with cortical recording microelectrodes and spinal cord stimulating electrodes, and then injected with pentylenetetrazole to induce seizures. Seizures were detected in real time from cortical local field potentials, after which DCS was applied. This method decreased seizure episode frequency by 44% and seizure duration by 38%. We argue that the therapeutic effect of DCS is related to modulation of cortical theta waves, and propose that this closed-loop interface has the potential to become an effective and semi-invasive treatment for refractory epilepsy and other neurological disorders.

Integrated architecture for vision-based indoor localization and mapping of a quadrotor micro-air vehicle

Atualmente os sistemas de pilotagem autónoma de quadricópteros estão a ser desenvolvidos de forma a efetuarem navegação em espaços exteriores, onde o sinal de GPS pode ser utilizado para definir waypoints de navegação, modos de position e altitude hold, returning home, entre outros. Contudo, o problema de navegação autónoma em espaços fechados sem que se utilize um sistema de posicionamento global dentro de uma sala, subsiste como um problema desafiante e sem solução fechada. Grande parte das soluções são baseadas em sensores dispendiosos, como o LIDAR ou como sistemas de posicionamento externos (p.ex. Vicon, Optitrack). Algumas destas soluções reservam a capacidade de processamento de dados dos sensores e dos algoritmos mais exigentes para sistemas de computação exteriores ao veículo, o que também retira a componente de autonomia total que se pretende num veículo com estas características. O objetivo desta tese pretende, assim, a preparação de um sistema aéreo não-tripulado de pequeno porte, nomeadamente um quadricóptero, que integre diferentes módulos que lhe permitam simultânea localização e mapeamento em espaços interiores onde o sinal GPS ´e negado, utilizando, para tal, uma câmara RGB-D, em conjunto com outros sensores internos e externos do quadricóptero, integrados num sistema que processa o posicionamento baseado em visão e com o qual se pretende que efectue, num futuro próximo, planeamento de movimento para navegação. O resultado deste trabalho foi uma arquitetura integrada para análise de módulos de localização, mapeamento e navegação, baseada em hardware aberto e barato e frameworks state-of-the-art disponíveis em código aberto. Foi também possível testar parcialmente alguns módulos de localização, sob certas condições de ensaio e certos parâmetros dos algoritmos. A capacidade de mapeamento da framework também foi testada e aprovada. A framework obtida encontra-se pronta para navegação, necessitando apenas de alguns ajustes e testes.