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基于动物实验的脑—机接口研究—信号分析

魏依娜  
【摘要】: 自从证明了皮层神经元产生并整合得到的电活动可以直接用来控制机械臂的操纵之后,脑-机接口的研究经历了惊人的发展,也成为了神经科学与信息工程技术交叉学科的热点课题。 本课题主要以大鼠为实验对象,利用自制的多通道微电极检测大鼠初级运动皮层的单元神经元放电和局部场电位,通过Cerebus~(TM)32通道数据采集系统同步记录神经元放电信号及图像采集系统同步记录大鼠的行为,目的在于分析自由活动的大鼠在某些行为下的神经信号的特征值,建立起脑—机接口研究的基本实验系统。 本文对不同的行为从Spike信号、局部场电位等两个方面作了分析:1、利用主成分分析和模糊聚类算法实现了Spike的分类;对单神经元分析了不同行为下的时空模式,如光栅图、平均放电频率、间隔直方图、模式分析等;利用放电同步性特征分析了大鼠压杆前后的相邻通道的Spike放电的相关性。2、重点分析了大鼠压杆行为的时频、重心频率、算法复杂度及各波段的能量所占百分比,初级运动皮层和前额叶皮质的相关性,局部场电位和Spike的相关性等。3、以重心频率、算法复杂度及各波段的能量所占百分比为特征参数,使用人工神经网络来区分出五种行为:静止、爬行、攀墙、压杆、喝水等。 结果表明:大鼠的不同行为有各自不同的放电模式。通过分析,我们已经能够初步鉴定出大鼠的压杆行为,为脑—机接口研究作了一个初步的探索。


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