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[ES] La electrofisiología extracelular es una técnica ampliamente usada en investigación neurocientífica, la cual estudia el funcionamiento del cerebro mediante la medición de campos eléctricos generados por la actividad neuronal. Esto se realiza a través de electrodos implantados en el cerebro y conectados a dispositivos electrónicos para amplificación y digitalización de las señales. De los muchos modelos animales usados en experimentación, las ratas y los ratones se encuentran entre las especies más comúnmente utilizadas. Actualmente, la experimentación electrofisiológica busca condiciones cada vez más complejas, limitadas por la tecnología de los dispositivos de adquisición. Dos aspectos son de particular interés: Realimentación de lazo cerrado y comportamiento en condiciones naturales. En esta tesis se presentan desarrollos con el objetivo de mejorar diferentes facetas de estos dos problemas. La realimentación en lazo cerrado se refiere a todas las técnicas en las que los estímulos son producidos en respuesta a un evento generado por el animal. La latencia debe ajustarse a las escalas temporales bajo estudio. Los sistemas modernos de adquisición presentan latencias en el orden de los 10ms. Sin embargo, para responder a eventos rápidos, como pueden ser los potenciales de acción, se requieren latencias por debajo de 1ms. Además, los algoritmos para detectar los eventos o generar los estímulos pueden ser complejos, integrando varias entradas de datos en tiempo real. Integrar el desarrollo de dichos algoritmos en las herramientas de adquisición forma parte del diseño experimental. Para estudiar comportamientos naturales, los animales deben ser capaces de moverse libremente en entornos emulando condiciones naturales. Experimentos de este tipo se ven dificultados por la naturaleza cableada de los sistemas de adquisición. Otras restricciones físicas, como el peso de los implantes o limitaciones en el consumo de energía, pueden también afectar a la duración de los expe, [CA] L'electrofisiologia extracel·lular és una tècnica àmpliament utilitzada en la investigació neurocientífica, la qual permet estudiar el funcionament del cervell mitjançant el mesurament de camps elèctrics generats per l'activitat neuronal. Això es realitza a través d'elèctrodes implantats al cervell, connectats a dispositius electrònics per a l'amplificació i digitalització dels senyals. Dels molts models animals utilitzats en experimentació electrofisiològica, les rates i els ratolins es troben entre les espècies més utilitzades. Actualment, l'experimentació electrofisiològica busca condicions cada vegada més complexes, limitades per la tecnologia dels dispositius d'adquisició. Dos aspectes són d'especial interès: La realimentació de sistemes de llaç tancat i el comportament en condicions naturals. En aquesta tesi es presenten desenvolupaments amb l'objectiu de millorar diferents aspectes d'aquestos dos problemes. La realimentació de sistemes de llaç tancat es refereix a totes aquestes tècniques on els estímuls es produeixen en resposta a un esdeveniment generat per l'animal. La latència ha d'ajustar-se a les escales temporals sota estudi. Els sistemes moderns d'adquisició presenten latències en l'ordre dels 10ms. No obstant això, per a respondre a esdeveniments ràpids, com poden ser els potencials d'acció, es requereixen latències per davall de 1ms. A més a més, els algoritmes per a detectar els esdeveniments o generar els estímuls poden ser complexos, integrant varies entrades de dades a temps real. Integrar el desenvolupament d'aquests algoritmes en les eines d'adquisició forma part del disseny dels experiments. Per a estudiar comportaments naturals, els animals han de ser capaços de moure's lliurement en ambients emulant condicions naturals. Aquestos experiments es veuen limitats per la natura cablejada dels sistemes d'adquisició. Altres restriccions físiques, com el pes dels implants o el consum d'energia, poden també limitar la duració dels experiments. L, [EN] Extracellular electrophysiology is a technique widely used in neuroscience research. It can offer insights on how the brain works by measuring the electrical fields generated by neural activity. This is done through electrodes implanted in the brain and connected to amplification and digitization electronic circuitry. Of the many animal models used in electrophysiology experimentation, rodents such as rats and mice are among the most popular species. Modern electrophysiology experiments seek increasingly complex conditions that are limited by acquisition hardware technology. Two particular aspects are of special interest: Closed-loop feedback and naturalistic behavior. In this thesis, we present developments aiming to improve on different facets of these two problems. Closed-loop feedback encompasses all techniques in which stimuli is produced in response of an event generated by the animal. Latency, the time between trigger event and stimuli generation, must adjust to the biological timescale being studied. While modern acquisition systems feature latencies in the order of 10ms, response to fast events such as high-frequency electrical transients created by neuronal activity require latencies under $1ms$. In addition, algorithms for triggering or generating closed-loop stimuli can be complex, integrating multiple inputs in real-time. Integration of algorithm development into acquisition tools becomes an important part of experiment design. For electrophysiology experiments featuring naturalistic behavior, animals must be able to move freely in ecologically meaningful environments, mimicking natural conditions. Experiments featuring elements such as large arenaa, environmental objects or the presence of another animals are, however, hindered by the wired nature of acquisition systems. Other physical constraints, such as implant weight or power restrictions can also affect experiment time, limiting their duration. Beyond the technical limits, complex experiments

Wireless electrophysiology opens important possibilities for neuroscience, especially for recording brain activity in more natural contexts, where exploration and interaction are not restricted by the usual tethered devices. The limiting factor is transmission power and, by extension, battery life required for acquiring large amounts of neural electrophysiological data. We present a digital compression algorithm capable of reducing electrophysiological data to less than 65.5% of its original size without distorting the signals, which we tested in vivo in experimental animals. The algorithm is based on a combination of delta compression and Huffman codes with optimizations for neural signals, which allow it to run in small, low-power Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs), requiring few hardware resources. With this algorithm, a hardware prototype was created for wireless data transmission using commercially available devices. The power required by the algorithm itself was less than 3 mW, negligible compared to the power saved by reducing the transmission bandwidth requirements. The compression algorithm and its implementation were designed to be device-agnostic. These developments can be used to create a variety of wired and wireless neural electrophysiology acquisition systems with low power and space requirements without the need for complex or expensive specialized hardware.

[EN] Extracellular electrophysiology is a technique widely used in neuroscience research. It can offer insights on how the brain works by measuring the electrical fields generated by neural activity. This is done through electrodes implanted in the brain and connected to amplification and digitization electronic circuitry. Of the many animal models used in electrophysiology experimentation, rodents such as rats and mice are among the most popular species. Modern electrophysiology experiments seek increasingly complex conditions that are limited by acquisition hardware technology. Two particular aspects are of special interest: Closed-loop feedback and naturalistic behavior. In this thesis, we present developments aiming to improve on different facets of these two problems. Closed-loop feedback encompasses all techniques in which stimuli is produced in response of an event generated by the animal. Latency, the time between trigger event and stimuli generation, must adjust to the biological timescale being studied. While modern acquisition systems feature latencies in the order of 10ms, response to fast events such as high-frequency electrical transients created by neuronal activity require latencies under $1ms$. In addition, algorithms for triggering or generating closed-loop stimuli can be complex, integrating multiple inputs in real-time. Integration of algorithm development into acquisition tools becomes an important part of experiment design. For electrophysiology experiments featuring naturalistic behavior, animals must be able to move freely in ecologically meaningful environments, mimicking natural conditions. Experiments featuring elements such as large arenaa, environmental objects or the presence of another animals are, however, hindered by the wired nature of acquisition systems. Other physical constraints, such as implant weight or power restrictions can also affect experiment time, limiting their duration. Beyond the technical limits, complex experiments, [CA] L'electrofisiologia extracel·lular és una tècnica àmpliament utilitzada en la investigació neurocientífica, la qual permet estudiar el funcionament del cervell mitjançant el mesurament de camps elèctrics generats per l'activitat neuronal. Això es realitza a través d'elèctrodes implantats al cervell, connectats a dispositius electrònics per a l'amplificació i digitalització dels senyals. Dels molts models animals utilitzats en experimentació electrofisiològica, les rates i els ratolins es troben entre les espècies més utilitzades. Actualment, l'experimentació electrofisiològica busca condicions cada vegada més complexes, limitades per la tecnologia dels dispositius d'adquisició. Dos aspectes són d'especial interès: La realimentació de sistemes de llaç tancat i el comportament en condicions naturals. En aquesta tesi es presenten desenvolupaments amb l'objectiu de millorar diferents aspectes d'aquestos dos problemes. La realimentació de sistemes de llaç tancat es refereix a totes aquestes tècniques on els estímuls es produeixen en resposta a un esdeveniment generat per l'animal. La latència ha d'ajustar-se a les escales temporals sota estudi. Els sistemes moderns d'adquisició presenten latències en l'ordre dels 10ms. No obstant això, per a respondre a esdeveniments ràpids, com poden ser els potencials d'acció, es requereixen latències per davall de 1ms. A més a més, els algoritmes per a detectar els esdeveniments o generar els estímuls poden ser complexos, integrant varies entrades de dades a temps real. Integrar el desenvolupament d'aquests algoritmes en les eines d'adquisició forma part del disseny dels experiments. Per a estudiar comportaments naturals, els animals han de ser capaços de moure's lliurement en ambients emulant condicions naturals. Aquestos experiments es veuen limitats per la natura cablejada dels sistemes d'adquisició. Altres restriccions físiques, com el pes dels implants o el consum d'energia, poden també limitar la duració dels experiments. L, [ES] La electrofisiología extracelular es una técnica ampliamente usada en investigación neurocientífica, la cual estudia el funcionamiento del cerebro mediante la medición de campos eléctricos generados por la actividad neuronal. Esto se realiza a través de electrodos implantados en el cerebro y conectados a dispositivos electrónicos para amplificación y digitalización de las señales. De los muchos modelos animales usados en experimentación, las ratas y los ratones se encuentran entre las especies más comúnmente utilizadas. Actualmente, la experimentación electrofisiológica busca condiciones cada vez más complejas, limitadas por la tecnología de los dispositivos de adquisición. Dos aspectos son de particular interés: Realimentación de lazo cerrado y comportamiento en condiciones naturales. En esta tesis se presentan desarrollos con el objetivo de mejorar diferentes facetas de estos dos problemas. La realimentación en lazo cerrado se refiere a todas las técnicas en las que los estímulos son producidos en respuesta a un evento generado por el animal. La latencia debe ajustarse a las escalas temporales bajo estudio. Los sistemas modernos de adquisición presentan latencias en el orden de los 10ms. Sin embargo, para responder a eventos rápidos, como pueden ser los potenciales de acción, se requieren latencias por debajo de 1ms. Además, los algoritmos para detectar los eventos o generar los estímulos pueden ser complejos, integrando varias entradas de datos en tiempo real. Integrar el desarrollo de dichos algoritmos en las herramientas de adquisición forma parte del diseño experimental. Para estudiar comportamientos naturales, los animales deben ser capaces de moverse libremente en entornos emulando condiciones naturales. Experimentos de este tipo se ven dificultados por la naturaleza cableada de los sistemas de adquisición. Otras restricciones físicas, como el peso de los implantes o limitaciones en el consumo de energía, pueden también afectar a la duración de los expe

[EN] A tag for identifying and tracking animals fitted with a digital implant comprises: an active antenna designed for emitting an RF signal and for receiving RF signals from the digital implants in response to the RF signal emitted by the antenna; communication means designed for transmitting to a remote digital terminal the RF signals from the digital implant received by the antenna; and means for joining the tags the ones next to the others. An animal identification and tracking grid comprises at least two tags. An animal identification and tracking system comprises: a digital implant designed for being placed in an animal, receiving RF signals and emitting RF signals in response to an RF signal received; a tag and/or a grid according to the invention; and a remote digital terminal designed for receiving RF signals, [ES] Baldosa para la identificación y seguimiento de animales con un implante digital, comprendiendo dicha baldosa -Una antena activa configurada para emitir una señal RF, y para recibir señales RF de los implantes digitales como respuesta a la señal RF emitida por dicha antena; -Medios de comunicación configurados para transmitir a un terminal digital remoto las señales RF del implante digital recibidas por la antena; y -Medios para la unión adyacente de baldosas entre sí. Malla para la identificación y seguimiento de animales que comprende por lo menos dos baldosas. Sistema de identificación y seguimiento de animales que comprende: -Un implante digital configurado para disponerse en un animal y para recibir señales RF y emitir señales RF en respuesta a una señal RF recibida; -Una baldosa y/o una malla según la invención;y -Un terminal digital remoto configurado para recibir las señales RF, [FR] La présente invention concerne un carreau pour l'identification et le suivi d'animaux porteurs d'un implant numérique, lequel carreau comprend: - une antenne active configurée pour émettre un signal RF et pour recevoir des signaux RF des implants numériques en réponse au signal RF émis par ladite antenne; - des moyens de communication configurés pour transmettre à un terminal numérique distant les signaux RF de l'implant numérique reçus par l'antenne; et - des moyens pour le raccordement adjacent de carreaux entre eux. Le réseau pour l'identification et le suivi d'animaux comprend au moins deux carreaux. Le système d'identification et de suivi d'animaux comprend: - un implant numérique configuré pour être placé sur un animal et pour recevoir des signaux RF et émettre des signaux RF en réponse à un signal RF reçu; - un carreau et/ou un réseau selon l'invention; et - un terminal numérique distant configuré pour recevoir les signaux RF

Baldosa para la identificación y seguimiento de animales con un implante digital, comprendiendo dicha baldosa: - Una antena activa configurada para emitir una señal RF, y para recibir señales RF de los implantes digitales como respuesta a la señal RF emitida por dicha antena; - Medios de comunicación configurados para transmitir a un terminal digital remoto las señales RF del implante digital recibidas por la antena; y - Medios para la unión adyacente de baldosas entre sí. Malla para la identificación y seguimiento de animales que comprende por lo menos dos baldosas. Sistema de identificación y seguimiento de animales que comprende: - Un implante digital configurado para disponerse en un animal y para recibir señales RF y emitir señales RF en respuesta a una señal RF recibida; - Una baldosa y/o una malla según la invención; y - Un terminal digital remoto configurado para recibir las señales RF.

[Objective] Closed-loop experiments, in which causal interventions are conditioned on the state of the system under investigation, have become increasingly common in neuroscience. Such experiments can have a high degree of explanatory power, but they require a precise implementation that can be difficult to replicate across laboratories. We sought to overcome this limitation by building open-source software that makes it easier to develop and share algorithms for closed-loop control., [Approach] We created the Open Ephys GUI, an open-source platform for multichannel electrophysiology experiments. In addition to the standard 'open-loop' visualization and recording functionality, the GUI also includes modules for delivering feedback in response to events detected in the incoming data stream. Importantly, these modules can be built and shared as plugins, which makes it possible for users to extend the functionality of the GUI through a simple API, without having to understand the inner workings of the entire application., [Main results] In combination with low-cost, open-source hardware for amplifying and digitizing neural signals, the GUI has been used for closed-loop experiments that perturb the hippocampal theta rhythm in a phase-specific manner., [Significance] The Open Ephys GUI is the first widely used application for multichannel electrophysiology that leverages a plugin-based workflow. We hope that it will lower the barrier to entry for electrophysiologists who wish to incorporate real-time feedback into their research.

© 2017 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permissíon from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertisíng or promotional purposes, creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other works., [EN] Behavior is one of the most important aspects of animal life. This behavior depends on the link between animals, their nervous systems and their environment. In order to study the behavior of laboratory animals several tools are needed, but a tracking tool is essential to perform a thorough behavioral study. Currently, several visual tracking tools are available. However, they have some drawbacks. For instance, when an animal is inside a cave, or is close to other animals, the tracking cameras cannot always detect the location or movement of this animal. This paper presents RFID Assisted Tracking Tile (RATT), a tracking system based on passive Radio Frequency Identification (RFID) technology in high frequency band according to ISO/IEC 15693. The RATT system is composed of electronic tiles that have nine active RFID antennas attached; in addition, it contains several overlapping passive coils to improve the magnetic field characteristics. Using several tiles, a large surface can be built on which the animals can move, allowing identification and tracking of their movements. This system, that could also be combined with a visual tracking system, paves the way for complete behavioral studies.

[EN] Experiments with animals in free-roaming environments is a valuable tool for different kinds of research, like neuroscience. Being able to automatically locate the animals in such an environment eases data collection as well as allows interactive responses to them. In this masters’ thesis I’ve designed and implemented a modular system, easily expanded, able to locate an arbitrary number of experimental rats using radio waves in an easily configurable environment. In addition, I’ve studied the possibility of integrating a wireless power transfer system on it. To that effect I’ve made both a custom simulator and different partial prototypes which allowed the construction and characterization of a final prototype for a tracking module, [ES] La experimentación con animales en entornos de libertad controlada es una valiosa herramienta para varias disciplinas, entre ellas la neurociencia. La localización automatizada de los individuos en dichos entornos permite no únicamente facilitar la recolección de datos sino permitir que éste responda de manera interactiva ante los sujetos. En esta tesis de máster se ha diseñado e implementado un sistema modular, y por tanto fácilmente extensible, capaz de localizar mediante radiofrecuencia a un número arbitrario de ratas experimentales en un entorno fácilmente configurable, así como se ha estudiado la posibilidad de integrar en él un esquema de transferencia inalámbrica de energía. Para ello se ha hecho uso de un simulador personalizado y de diversos diseños parciales permitiendo finalmente construir y caracterizar un prototipo final del módulo de localización funcional.

Diseño y pruebas de sistema de adquisición electrofisiológica para neurociencia de coste reducido y filosofía de código abierto, Design and testing of low-cost open-source electrophysiology acquisition system for neuroscience