A Bio-mimetic Neuromorphic Model for Heat-evoked Nociceptive Withdrawal Reflex in Upper Limb

要約

侵害受容性離脱反射（NWR）は、相互作用を媒介し、潜在的に危険な環境での損傷から身体を保護するメカニズムです。
補綴腕や自律ロボットのユーザーに警告信号をより適切に伝え、適切なNWRをトリガーすることでそれらを保護するために、高速かつ効果的な処理のために温度情報の生物学的表現を使用することが役立ちます。
この作業では、反射アークの構造とエンコードスキームを模倣することにより、熱誘発NWRの神経形態スパイクネットワークを提示します。
ネットワークは、バイオプリュース可能な報酬変調されたスパイクのタイミング依存の可塑性学習アルゴリズムでトレーニングされています。
放射熱の実験でNWRをトリガーする最近の研究で提案されたモデルと他の3つの方法を評価しました。
神経形態モデルのみが、人間と同様の空間的合計（SS）効果と時間的合計（TS）効果を示すことがわかりました。
この神経モデルモデルの生物的透過性の向上は、神経補綴物の感覚フィードバックを改善する可能性があります。

要約(オリジナル)

The nociceptive withdrawal reflex (NWR) is a mechanism to mediate interactions and protect the body from damage in a potentially dangerous environment. To better convey warning signals to users of prosthetic arms or autonomous robots and protect them by triggering a proper NWR, it is useful to use a biological representation of temperature information for fast and effective processing. In this work, we present a neuromorphic spiking network for heat-evoked NWR by mimicking the structure and encoding scheme of the reflex arc. The network is trained with the bio-plausible reward modulated spike timing-dependent plasticity learning algorithm. We evaluated the proposed model and three other methods in recent studies that trigger NWR in an experiment with radiant heat. We found that only the neuromorphic model exhibits the spatial summation (SS) effect and temporal summation (TS) effect similar to humans and can encode the reflex strength matching the intensity of the stimulus in the relative spike latency online. The improved bio-plausibility of this neuromorphic model could improve sensory feedback in neural prostheses.

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