Low-power hardware design for neural spike detection and compression within invasive brain machine interface systems.

• Autor(a) principal: Lapolli, Ângelo Cardoso
• Data de Publicação: 2014
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/101187
• topic: Interação homem-máquina; Voz computacional; Brain machine interface; Spike sorting; Neural data compression; Compressed sensing

Sistemas invasivos de interface cérebro máquina beneficiam-se de matrizes de microeletrodos implantadas intra-corticalmente para a captura de sinais nervosos com melhor relação sinal-ruído e resolução espacial. Dada a fragilidade dos tecidos biológicos internos próximos a esses sensores, grande parte do processamento desses dados é delegada a uma unidade externa procurando evitar um aquecimento danoso pela dissipação de energia elétrica. Nessas condições, o monitoramento da atividade de múltiplas células gera grande quantidade de dados a ser transmitida via comunicação sem fio de forma a evitar cabos passando através do crânio. Visto que essa transmissão na taxa dos dados de entrada apresenta níveis de potência perigosos, abordagens de compressão de dados precisam ser utilizadas para garantir a segurança pela redução da largura de banda a qual afeta diretamente o consumo de energia. Por esse motivo, esse trabalho propõe implementações digitais em hardware para detecção de impulsos nervosos e compressão via amostragem compressiva. O método proposto é validado considerando o desempenho do processamento de dados nervosos e o respeito das restrições impostas pelo contexto fisiológico relacionado. As especificações finais de hardware para um processo de fabricação CMOS de 0.18 m indicam uma potência de aproximadamente 500 nW em uma área de 0.07 mm2 para o processamento de um único canal de captura. A solução proporciona uma redução da taxa de dados estimada em 96.5%, a qual é mostrada ser superior às obtidas por trabalhos relacionados.