Desarrollo de una "toolbox" para condicionar el comportamiento de peces eléctricos, basado en la codificación de las señales eléctricas emitidas por éste y su comportamiento

Abstract

The Gnathonemus petersii, also known as “Elephantnose fish”, has unique properties for the scientific study in the dynamic information processing field. This species has the ability to orient themselves in reduced visibility environments and also communicate thanks to electrical impulse emitting and receiving mechanisms. In the Biological Neurocomputation group Laboratory a platform has been designed that allows to analyze these impulses and even interact with the elephantnose fish themselves, processing the information that they emit in order to make a real time simulation, which is also known as closed loop. This makes for a truly abundant source of data for the study of dynamic signal processing in biological computing systems. This system is composed of the aquarium where the fish impulse sensitive dipoles are placed, a data acquisition setup in charge of adjusting the received signal, a DAQ (data acquisition system) for the digital-analog and analog-digital conversions, the Advanced Dynamic Clamp/RTBiomanager software that is capable of processing and stimulating in real time, and an artificial electric fish used as an stimulator. Throughout this document the construction and design of the acquisition setup is explained, converting it to printed circuit technology and adding several improvements in functionality as well as sturdiness. These improvements include the separation of the functions performed by the circuit in stackable modular PCBs and the quick setup configuration via jumpers that is easily adaptable to other kinds of aquariums and dipole numbers. After the construction of a setup adapted to the aquarium that has been used until now, a second conditioning system has been built. This new setup was used to monitor a second aquarium, and the system had to be re-adapted for the new configuration. Once the artificial fish was also built, a full communications system is obtained, with all the hardware tools that are necessary to create a mean of communication between two individuals in different aquariums but with a "Man in the Middle" that allows to monitor and/or modify the messages that flow through the ADCLAMP/RTBiomanager software, offering a great range of possibilities concerning natural computing system information processing related experiments.

El Gnathonemus petersii, también conocido como Pez Elefante, tiene unas propiedades únicas para el estudio científico dentro del campo del procesamiento de la información dinámica. Esta especie posee la capacidad de situarse en entornos de reducida visibilidad y comunicarse gracias a mecanismos de emisión y recepción de impulsos eléctricos. En el Laboratorio del Grupo de Neurocomputación Biológica se ha desarrollado una plataforma que permite analizar estos impulsos e incluso interactuar con los peces elefante, procesando la información que emiten para realizar una estimulación en tiempo real en lo que se denomina lazo cerrado. Esto supone por tanto una abundante fuente de información para el estudio del procesamiento dinámico de la información en sistemas naturales de computación. Este sistema se compone del propio acuario, donde se colocan los dipolos sensibles a los impulsos del pez, un setup de adquisición de datos encargado de realizar una adecuación de la señal recibida, un DAQ (dispositivo de adquisición) para las conversiones analógico-digital y digital-analógico, el software Advanced Dynamic Clamp/RTBiomanager capaz de procesar y estimular en tiempo real, y un pez eléctrico artificial utilizado como estimulador. A lo largo de esta memoria se explica cómo se ha diseñado y construido el setup de adquisición, convirtiéndolo a tecnología de circuito impreso y añadiéndole diversas mejoras tanto en funcionalidad como en robustez. Estas mejoras incluyen la separación de las funciones realizadas por el circuito en placas-módulo apilables o la rápida configuración del setup mediante jumpers adaptable a cualquier tipo de acuarios y cualquier número de dipolos. Tras la construcción de un primer setup adaptado al acuario utilizado hasta ahora, se ha construido un segundo sistema acondicionador, conectado también a la tarjeta de adquisición y a un segundo acuario para demostrar la adaptabilidad y versatilidad de la plataforma, ya que este segundo acuario presenta diferentes características y requiere una configuración distinta. Una vez construido también el pez artificial, se consigue un sistema de comunicación con todas las herramientas hardware necesarias para crear un medio de comunicación entre dos individuos en distintas peceras pero con un “Man in the Middle”, que permita monitorizar y/o modificar los mensajes que fluyen por ADCLAMP/RTBiomanager, abriendo un gran abanico de posibilidades en cuanto a experimentos relacionados con el procesamiento de información en sistemas naturales.