大鼠主运动皮层动作电位局部场电位神经解码硕士论文.doc

基于大鼠的植入式脑机接口神经信号处理方法研究生物医学工程， 2011， 硕士【摘要】 脑机接口(Brain-Computer Interface)技术旨在大脑和外部环境间建立一种新型的不依赖于外周神经的信息传输方式。慢性植入式微电极阵列技术的革新把脑机接口技术的发展推向了一个新的高潮。基于电极阵列的神经信号处理技术和神经解码技术也成了脑机接口技术发展的核心。本文通过在大鼠初级运动皮层植入微电极阵列采集大鼠的动作电位和局部场电位信号,并分析将这两种信号应用于神经解码的可行性和准确性。本文首先描述了两种神经元动作电位的检测方法,包括时域能量算、匹配滤波器和改进的匹配滤波器,并将它们与传统的单独的阈值方法相比较,结果显示,基于改进匹配滤波器的神经元动作电位检测方法具有较高的准确度和稳定性。本文还比较了几种神经元动作电位分类算法,包括模板匹配、聚类和属性约简方法,并它们与另外几种方法进行对比,结果显示模板匹配方法具有最好的分类结果。然后,本文分析了神经元动作电位发放频率和大鼠前肢运动状态间的相关性,并根据神经元的不同发放模式将神经元分为四类,并发现具有相同发放模式的神经元大致在空间上较为接近。另外,我们在三只大鼠上比较了几种神经解码方法的优劣,包括最佳线性估计、卡尔曼滤波器、概.更多还原【Abstract】 Technology of Brain-Computer Interface aims to find and construct a novel information interaction approach not depending on peripheral nervous system. Brain-Computer Interface comes to a new research and developing climax as the revolutionary of chronic implantable electrodes array, and the neural signal processing methods and neural decoding algorithms has been a new center of the Technology of Brain-Computer Interface. Research presented in this thesis provide novel neural signal processing ap.更多还原 【关键词】 大鼠； 主运动皮层； 动作电位； 局部场电位； 神经解码； 【Key words】 Rat； Primary Motor Cortex； Action Potential； Local Field Potential； Neural Decoding； 摘要 4-6 Abstract 6-7 绪论 13-30 1.1 研究背景及意义 13-14 1.1.1 脑机接口概述 13 1.1.2 研究目的 13-14 1.2 脑机接口的生理学基础 14-19 1.2.1 神经元 15-16 1.2.2 大脑及运动相关的区域 16-19 1.3 脑机接口中的电生理信号采集 19-24 1.3.1 Electroencephalography(EEG) 20-22 1.3.2 Electrocorticography(ECoG) 22-23 1.3.3 Local Field Potentials(LFP) 23 1.3.4 Single-Units(Neurons) 23-24 1.4 脑机接口研究进展 24-27 1.4.1 基于EEG信号的脑机接口研究进展 24-25 1.4.2 植入式脑机接口研究进展 25-27 1.5 本文的研究目标和内容 27-29 1.5.1 研究目标 27-28 1.5.2 研究内容 28-29 1.6 论文结构 29-30 第2章 实验设计及信号采集 30-34 2.1 电极植入手术及行为学实验 30-31 2.2 信号采集及数据预处理 31-34 第3章 大鼠神经元锋电位信号分析方法及结果 34-74 3.1 锋电位的检测方法 34-47 3.1.1 基于能量算子的锋电位检测方法 35-41 3.1.2 基于匹配滤波的锋电位检测方法 41-47 3.2 锋电位分类 47-60 3.2.1 锋电位分类方法 47-49 3.2.2 数据来源 49-51 3.2.3 锋电位分类结果 51-59 3.2.4 讨论 59-60 3.3 锋电位发放与行为间的相关性分析 60-66 3.3.1 神经元集群与运动间的相关性 60-63 3.3.2 神经元发放模式分析 63-66 3.4 基于锋电位的神经解码 66-74 3.4.1 线性解码算法 66-69 3.4.2 基于概率神经网络的非线性解码算法 69-70 3.4.3 大鼠前肢压杆运动神经集群解码结果分析 70-74 第4章 大鼠的LFP信号分析方法及结果 74-83 4.1