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《天津医科大学》 2009年
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多通道局部场电位的PCA特征值对刺激编码的研究

庄玉铭  
【摘要】: 研究目的:局部场点位(local Field Potentials,LFPs)是突触后电位的综合,以多个神经元的协同电活动表征外界刺激。本论文应用主分量分析法研究多通道场电位相关矩阵的各个主方向上的特征值,应用最大特征值λ_1对刺激的编码规律,为研究多通道场电位对刺激的表达提供神经计算支持。 研究方法:1.LFPs的主分量分析:应用主分量分析法,研究多通道局部场点位在阳性刺激前后时域和相位同步变化与外界刺激的特征模式。分别对全频段信号(0-300Hz)、小波分解提取的θ频段信号(4-8Hz)和γ频段信号(30-60Hz)进行时域上和相位上的同步性的主分量分析,研究最大特征值λ_1在刺激前后的变化,以分析多通道LFPs对刺激的表征。 ①主分量分析:选择时间窗50ms,移动窗口步长25ms,计算n通道信号的互相关值,将n×(n-1)/2个相关系数构建相关矩阵,计算矩阵的特征值λ_i(i=1,2,…,n),则每一个特征值对应一个方向上的特征向量。取最大特征值即第1分量λ_1来表征多通道LFPs和外界刺激的关系。 ②小波分解:采用Daubechies类db4小波作为小波分解的小波基函数,对14通道的LFPs进行L=8的分解,得到小波分解结构[cA_6,cD_6,…,cD_1],提取与记忆相关的θ频段、γ频段,分解的频段分别为4-8Hz、30-60Hz,对应小波分解第8层和第5层。 2.LFPs相位的主分量分析:Hilbert变换:为从相位上考察多通道LFPs对外界刺激的同步变化模式,应用Hilbert变换提取LFPs的瞬时相位,然后进行上述的①、②步骤计算最大特征值λ_1。 λ_1地形图的绘制:用主分量分析计算得到的最大特征值λ_1的值,绘制地形图,用来表达在阳性刺激下多通道LFPs的瞬时变化模式。 实验数据由上海复旦大学神经生物研究所提供,为阳性刺激和阴性刺激过程的16通道LFPs。经过预处理得到稳定记录的14通道LFPs。在本论文中,分别对两类过程中各10次重复实验的刺激前、后各1s的数据进行多通道信号同步性变化的主分量分析。 研究结果:将10次实验中两类刺激下刺激前、后1s的16通道LFPs经过预处理以后,获得14通道的LFPs数据,分别在阳性刺激和阴性刺激下的14通道LFPs进行主分量分析,以λ_1表达LFPs和LFPs相位同步性对刺激的编码, 结果如下: 对两类过程中各10次刺激的刺激前1s后1s的数据计算λ_1值,10次刺激的计算结果如下: (1)LFPs同步性编码刺激: ①.14通道LFPs在阳性刺激下,刺激后1s的λ_1的值0.56±0.13,刺激前1s值0.42±0.10,(P0.05)。阴性刺激下刺激前1s后值0.42±0.09,刺激前1s值为0.41±0.10。 ②.θ频段:阳性刺激下刺激后1sλ_1值0.64±0.18,刺激前1s值0.41±0.12,(P0.01)。阴性刺激下刺激后1s值为0.40±0.12,刺激前1s值为0.39±0.12。 ③.γ频段:阳性刺激下刺激后1sλ_1值0.60±0.13,刺激前1s值0.43±0.10,(P0.05)。阴性刺激下刺激后1s值为0.48±0.09,刺激前1s值0.46±0.10。 (2)多通道LFPs相位同步模式编码刺激: ①.14通道LFPs在阳性刺激下刺激后1s相位同步的λ_1值0.39±0.09,刺激前1s值0.27±0.08,(P0.05)。阴性刺激下,刺激后0.31±0.08,刺激前0.29±0.09。 ②.θ频段的相位:阳性刺激下刺激后1sλ_1值0.50±0.17,刺激前1s值0.30±0.11,(P0.01),阴性刺激下刺激后1s值0.30±0.11,刺激前1s值0.29±0.11。 ③.γ频段的相位:阳性刺激下刺激后1sλ_1值0.48±0.11,刺激前1s值0.35±0.08,(P0.05)。阴性刺激下刺激后1s值为0.36±0.08,刺激前1s值0.35±0.09。 研究结论:本论文应用主分量分析法对阳性和阴性刺激下多通道LFPs对外界刺激的编码进行了研究:多通道LFPs相关矩阵的最大特征值λ_1能够表征LFPs同步对阳性刺激的编码。在P0.05水平上,14通道LFPs和LFPs相位的λ_1在阴性刺激前后λ_1值没有明显变化;在P0.05水平上,阳性刺激后的λ_1值显著高于刺激前的λ_1值。从λ_1动态地形图和直方图中可以清楚的表示LFPs在刺激前后的模式变化,表征了多通道LFPs之间的同步模式及其对阳性刺激的编码。
【学位授予单位】:天津医科大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:R318

【引证文献】
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【参考文献】
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