Design, implement and verify in vitro the control firmware of a neurostimulator that elicits localized neuronal responses for a thalamic visual prosthesis.

Design, implement and verify in vitro the control firmware of a neurostimulator that elicits localized neuronal responses for a thalamic visual prosthesis

Introduction

Achieving precise and localized neuronal stimulation is one of the main challenges in neurotechnology. Current approaches often suffer from low spatial specificity, which can lead to unintended activation of surrounding tissue and reduced therapeutic efficiency. A method capable of eliciting spatially localized responses would represent a significant advancement, allowing more targeted interventions, minimizing side effects, and enabling the development of high-resolution neuroprosthetic systems.

Keywords

Brain-Computer Interface (BCI), Visual prosthesis, Lateral geniculate nucleus (LGN),
Neurostimulator, Beamforming, Temporal Interference Stimulation (TIS), Deep brain stimulation
(DBS), Firmware, Neurotechnology, In vitro.

Objective

The objective of this master’s thesis is to design, implement, and verify in vitro the control firmware for a neurostimulator capable of producing localized neuronal responses. This work is framed within the VISNE project, which seeks to advance thalamic visual prostheses. The strategy explored combines two advanced stimulation techniques: beamforming and temporal interference stimulation (TIS), both aimed at improving spatial precision and overcoming the low specificity of conventional neurostimulation.

Electrode Setup for In Vitro Measurement

Testing Electrode Setup

Solution

Experimental Setup for electrode stimulation tests
The experimental setup for in vitro verification

To achieve this, a programmable four-channel neurostimulator was used. The device can generate multiple synchronized waveforms, including biphasic and sinusoidal signals, enabling the shaping of the electric field inside neural tissue. First, computational simulations of beamforming and TIS were performed to predict how stimulation patterns could be steered toward specific regions. Then, in vitro experiments were conducted using the neurostimulator and a custom experimental setup to validate these methods.

Results

The results showed strong spatial correlations between simulations and experimental measurements, confirming that both beamforming and TIS can focus electrical stimulation effectively. However, challenges were found in reproducing field amplitudes with high accuracy, as statistical analyses (MAE, RMSE) revealed residual errors in the measurements. Among the two techniques, TIS proved particularly promising, successfully generating low-frequency interference envelopes with strong spatial selectivity.

Temporal Interference results comparison with simulation

Oferta de becas Cátedra Verisure 2025-2026

Empezamos el curso con fuerza! Un curso más, dentro de las actividades de la Cátedra Verisure se contempla el establecimiento de un programa de becas en áreas de interés para la empresa y que complementen el proceso formativo de l@s estudiantes.

Por lo tanto, se lanza esta convocatoria de becas para el presente curso académico hasta completar las plazas.

Duración: 9 meses

Dedicación: 4 horas/día

Remuneración: 500 € / mes

Posibilidad de realizar el Trabajo Fin de Máster, Trabajo Fin de Grado y prácticas en empresas.

Interesad@s enviar un correo electrónico con el Curriculum Vitae y los temas de las becas a los que quiere optar (por orden de prioridad) indicando en el asunto [Becas Cátedra Verisure] a la siguiente dirección:

araujo@b105.upm.es

Estaremos recibiendo vuestras solicitudes hasta el 30 de Septiembre y empezaremos el 6 de Octubre. Toda la información sobre la temática de las becas aquí:

Becas B105 – Navantia curso 2024/2025

Se ofrecen 2 becas para trabajar en la caracterización y adecuación de dispositivos electrónicos alimentados mediante energy harvesting sobre barcos de Navantia. El trabajo sería en la ETSIT, salvo las visitas a los barcos para medir y hacer pruebas.

•Se pueden hacer prácticas en empresa y TFTs con este trabajo.

•FECHA DE INICIO: 1 de octubre de 2024

•FECHA FIN: 30 de junio de 2025

•REMUNERACIÓN: 600€/MES

Interesad@s enviar un correo electrónico con el Curriculum Vitae indicando en el asunto [Becas B105 Navantia] a la siguiente dirección:

araujo@b105.upm.es

Estaremos recibiendo vuestras solicitudes hasta el 20 de Septiembre y empezaremos el 1 de Octubre.

Becas Cátedra Securitas Direct – Verisure 2024-2025

Empezamos el curso! Sacamos la convocatoria de becas para que tengáis tiempo y os podáis organizar mejor.

Un curso más, dentro de las actividades de la Cátedra Securitas Direct – Verisure se contempla el establecimiento de un programa de becas en áreas de interés para la empresa y que complementen el proceso formativo de l@s estudiantes.

Por lo tanto, se lanza esta convocatoria de becas para el presente curso académico hasta completar las plazas.

Duración: 9 meses

Dedicación: 4 horas/día

Remuneración: 500 € / mes

Posibilidad de realizar el Trabajo Fin de Máster, Trabajo Fin de Grado y prácticas en empresas.

Interesad@s enviar un correo electrónico con el Curriculum Vitae y los temas de las becas a los que quiere optar indicando en el asunto [Becas Cátedra Securitas] a la siguiente dirección:

catedra.securitas@b105.upm.es

Estaremos recibiendo vuestras solicitudes hasta el 30 de Septiembre y empezaremos el 7 de Octubre. Toda la información sobre la temática de las becas aquí:

Oferta de becas de la Cátedra Kairós – Curso 2020/21

La Cátedra Kairós creada como colaboración entre la empresa Kairós Digital Solutions  y los Grupos de Investigación “B105 Electronic Systems Lab” e “Internet de nueva generación“ realiza la convocatoria de 6 becas Kairós para el curso 2020/21.

Los interesados en alguna de las becas deberán enviar un correo electrónico a cualquiera de las siguientes direcciones octavio.nieto-taladriz@upm.es o juaquin.salvachua@upm.es con las siguiente información:

  • Cover letter
  • Curriculum Vitae
  • Beca/s en las que estás interesado y la motivación.
  • Situación actual del candidato: curso, asignaturas pendientes, limitaciones de horarios, interés en realizar TFG, TFM, Prácticas en Empresa, etc.

Información de interés:

  • Fecha límite de recepción de la documentación: 21 de Septiembre de 2020 a las 12:00
  • Fecha estimada de inicio de las becas: 1 de Octubre de 2020

Para más información visite la página de la Cátedra http://catedra.kairosds.com