Learning and memory in brain have been believed in consequence of synaptic strength changes in neural network, and activity-dependent plasticity was proposed as its mechanism in 1949 by Donald O. Hebb. Beyond discovery of LTP(Long-Term Potentiation) phenomenon, STDP(Spike-Timing-Dependent Plasticity) has been regarded as a general plasticity theory recently. According to STDP theory, activation timing between pre-synaptic neuron and post-synaptic neuron is a key parameter to enhance or reduce the synaptic transmission efficacy. And the timing that can enhance strength of the synapse is known as below 40ms. Thus, a system that has very low latency time for real-time feedback is required to perform such STDP-related experiments. In this thesis, development of microcontroller-based low-cost, multichannel real-time feedback system that has sub-ms feedback latency time is introduced, and as a demonstration, this system was connected to dissociated hippocampal neural culture on MEA(Microelectrode array) in incuba-tor for long-term period. This system can be widely applicable for in vitro or in vivo STDP experiments for the study of neural plasticity.
뇌의 학습과 기억은 신경 네트웍의 시냅스 연결 강도 변화의 결과라고 여겨지고 있으며, 그 머케니즘으로서 활성 의존적 가소성이 1949년 Donald O. Hebb. 에 의하여 제안되었다. LTP 현상의 발견 이후로, STDP 이론이 최근 일반적인 가소성 이론으로 여겨지고 있다. STDP 이론에 의하면, 시냅스전 신경세포와 시냅스후 신경세포의 발화 시간 타이밍이 시냅스 정보 전달 효율의 강화나 약화에 중요한 파라미터이며, 시냅스가 강화되는 타이밍은 40ms 이내로 알려져이다. 따라서 그러한 STDP 관련 실험을 할 경우에는 아주 작은 피드백 지연시간을 가지는 실시간 시스템이 필요하다. 이 논문에서는 마이크로컨트롤러 기반의 저비용, 다채널 입력, 1ms 이하의 피드백 지연시간을 가지는 실시간 피드백 시스템의 개발에 대하여 소개되고, 그 데모로써 이 시스템은 해마 신경 세포가 분리 배양된 다채널 미세 전극칩(MEA)에 연결되어 인큐베이터 안에서 장기간 동안 동작된다. 이 시스템은 신경 가소성 연구를 위한 체외 또는 체내 STDP 실험을 위해 광범위하게 응용될 수 있다.
