Teses e Dissertações (BDTD USP - IFSC)
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Item Discriminação em tempo real de sinais de peixes elétricos pulsadores usando FPGAs(2016-04-29) Matias, PauloPeixes elétricos de campo fraco comunicam-se por meio de descargas elétricas de forma de onda estereotipada, variando somente o intervalo entre pulsos de acordo com a informação a ser transmitida. Esse mecanismo de codificação é similar ao encontrado em diversos circuitos de neurônios conhecidos, o que torna esses animais excelentes modelos para o estudo de sistemas de comunicação naturais, permitindo experimentos que envolvem tanto aspectos comportamentais como neuroetológicos. É um desafio realizar análises de dados coletados de mais de um peixe nadando livremente, pois os padrões de descargas de órgão elétrico (DOE) dependem da posição dos animais e de suas orientações com relação aos eletrodos de medida. Contudo, como cada peixe emite uma forma de onda de DOE característica, ferramentas computacionais podem ser empregadas para associar cada DOE ao respectivo peixe. Neste trabalho, descrevemos um método computacional capaz de reconhecer DOEs de pares de peixes usando vetores de características normalizados, obtidos aplicando a transformada de Fourier e a transformada complexa de dupla árvore de pacote wavelet. Empregamos máquinas de vetores de suporte como classificadores, e um algoritmo de regra de continuidade permite resolver problemas causados por DOEs sobrepostas e saturação de sinais. Procedimentos de validação com Gymnotus sp. mostraram que as DOEs podem ser atribuídas corretamente a cada peixe com apenas dois erros por milhão de descargas. Para permitir que esse processo de discriminação ocorra em tempo real, implementamos uma arquitetura de hardware dedicada e maciçamente paralela em um field programmable gate array (FPGA) para executar a etapa de maior esforço computacional do algoritmo de discriminação. Como resultado, obtivemos um sistema híbrido de hardware e software de tempo real que foi capaz de atender a um requisito de latência máxima de 1 ms, o que permite mimetizar o tempo de resposta de importantes sistemas sensoriais elétricos de Gymnotus sp. Com o auxílio de nossa instrumentação, diversos experimentos com realimentação poderão ser propostos, permitindo que um modelo computacional interaja com dois peixes em uma preparação in vivo naturalística.Item Desenvolvimento e implementação de instrumentação eletrônica para criação de estímulos visuais para experimentos com o duto óptico da mosca(2009-10-09) Gazziro, Mario AlexandreO presente trabalho descreve o desenvolvimento de geradores de estímulos visuais para serem utilizados em experimentos de neurociência com invertebrados, tais como moscas. O experimento consiste na visualização de uma imagem fixa que é movida horizontalmente de acordo com os dados de estímulo recebidos. O sistema é capaz de exibir 640x480 pixels com 256 níveis intensidade a 200 frames por segundo em monitores de varredura convencional. É baseado em hardware reconfigurável (FPGA), incluindo a lógica para gerar as temporizações do vídeo, dos sinais de sincronismo, assim como da memória de vídeo. Uma lógica de controle especial foi incluída para atualizar o deslocamento horizontal da imagem, de acordo com os estímulos desejados, a uma taxa de 200 quadros por segundo. Em um dos geradores desenvolvidos, a fim de duplicar a resolução de posicionamento horizontal, passos artificiais entre-pixels foram implementados usando dois frame buffers de vídeo, contendo respectivamente os pixels ímpares e pares da imagem original a ser exibida. Esta implementação gerou um efeito visual capaz de dobrar a capacidade de posicionamento horizontal deste gerador.Item Desenvolvimento de instrumentação eletrônica para estudos de codificações neurais no duto óptico em moscas(2007-04-09) Almeida, Lirio Onofre Baptista deEste trabalho descreve o projeto e a implementação de instrumentação eletrônica dedicada para neurobiofísica, com foco para pesquisas em codificação neural com invertebrados. Foram desenvolvidos sistemas de tempo real, controlados por computador, para a aquisição de tempos de disparo de spikes neurais oriundos de neurônios do cérebro de moscas, e para a geração de sinais de controle de estímulos visuais gerados a uma taxa de varredura vertical de 500Hz, usado para estimulações visuais em invertebrados. Estes sistemas possuem hardware dedicado, incluindo front end analógico, hardware digital baseado em FPGAs, hospedado em microcomputador IBM/PC compatível, que prove a interface do sistema com o usuário. Dois protótipos foram construídos, sendo o primeiro com ênfase em hardware dedicado, e o segundo com ênfase em sistema operacional de tempo real para controle do hospedeiro. Ambos sistemas estão sendo utilizados no laboratório Dipteralab do IFSC, para o estudo da transmissão da informação no duto óptico da mosca