猕猴感知运动相关脑区在抓取过程中特征性神经信号解析
发布时间：2021-10-24 01:14
伸手抓取环境中的目标物体是人类日常生活中非常重要的生活能力,由于外伤、疾病等不同的原因,导致部分人的运动和/或感觉功能的缺失或丧失,严重影响了日常的生活。对于这些患者,轻症的尚可以通过手术、药物及康复等治疗手段进行改善,但对于重症的患者,例如上肢完全丧失运动与感觉功能的患者,目前临床上主要是通过脑机接口技术来进行其肢体运动和感觉功能的替代或补充。部分研究团队在多个运动相关脑区植入电极阵列,利用电极采集到的神经元的锋电位信号,通过优化的解码算法,可以连续控制假肢/机械臂进行三维空间的伸展抓握运动,并可以通过电刺激初级感觉皮层的方式让受试者产生感觉反馈,改善了患者的运动或感觉功能,提升了他们的生活质量。虽然在临床上,通过植入式脑机接口技术开展的临床实验取得很大的进展,但是对如何能够在更复杂的环境变化条件下,实现假肢/机械臂的精准、稳定的控制等问题尚缺乏系统性研究。本研究拟初步探究在复杂的环境变化情况下,初级运动皮层、初级感觉皮层和后顶叶皮层的神经信号的变化规律,从而为解码算法的设计与优化提供部分理论基础。本研究利用两只猕猴作为研究对象,搭建了多变量可控的伸手抓取研究平台,并在猕猴的初级运动...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 植入式脑机接口信号源的调谐特性
1.2.1 神经元锋电位的调谐特性
1.2.2 局部场电位的调谐特性
1.3 环境变量与脑神经信号交互的研究进展
1.3.1 时间变量与脑神经信号交互的研究进展
1.3.2 物体的运动状态变量与脑神经信号交互的研究进展
1.3.3 运动干扰变量与脑神经信号的交互的研究进展
1.4 本文主要研究内容
第2章 多变量可控的伸手抓取研究系统的构建
2.1 引言
2.2 行为训练平台的搭建
2.2.1 实验动物
2.2.2 猕猴固定模块的构建
2.2.3 训练系统模块的构建
2.3 电极植入平台的搭建与完善
2.3.1 术前准备流程的完善
2.3.2 电极植入手术流程的设计与完善
2.4 信号采集与轨迹追踪平台的搭建
2.5 信号分析平台的搭建与完善
2.5.1 原始文件的锋电位探测
2.5.2 事件相关脚本文件的编写
2.5.3 行为学评价方法的建立
2.5.4 基于Spike信号的分析程序编写
2.5.5 个体神经元波形的绘制
2.5.6 基于LFP信号的分析程序的编写
2.5.7 基于LFP的相干性分析程序的编写
2.5.8 统计分析
第3章 时间变量与神经信号交互规律研究
3.1 引言
3.2 实验范式介绍及行为学表现
3.2.1 实验范式的介绍
3.2.2 行为学训练
3.2.3 行为学表现
3.3 运动准备阶段间期计时的特征性神经信号的提取与解析
3.3.1 不同脑区的神经元的发放频率变化模式汇总
3.3.2 特征性神经元发放频率变化规律分析
3.3.3 Beta频段局部场电位在准备阶段计时研究中的调谐规律
3.4 伸手阶段间期计时的特征性脑神经信息的提取与解析
3.4.1 不同脑区的神经元的发放频率变化模式汇总
3.4.2 特征性神经元发放频率变化规律分析
3.5 本章小结
第4章 运动状态变量与神经信号交互规律研究
4.1 引言
4.2 实验范式介绍及行为学表现
4.2.1 实验范式的介绍
4.2.2 行为学训练
4.2.3 行为学表现
4.3 神经元发放频率在运动物体抓取过程中的调谐规律研究
4.3.1 不同脑区的神经元发放频率变化趋势汇总
4.3.2 特征性神经元发放频率变化规律分析
4.4 基于卡尔曼滤波的运动位置和速度的解码研究
4.5 基于支持向量机的运动方向解码研究
4.6 脑区之间的信息交互研究
4.7 本章小结
第5章 运动干扰变量与神经信号交互规律研究
5.1 引言
5.2 实验范式介绍及行为学表现
5.2.1 实验范式的介绍
5.2.2 行为学训练
5.2.3 行为学表现
5.3 神经元发放频率在运动干扰任务过程中的调谐规律研究
5.3.1 不同脑区的神经元发放频率变化趋势汇总
5.3.2 运动方向调谐的神经元比例汇总
5.4 基于卡尔曼滤波的运动位置和速度的解码研究
5.5 基于支持向量机的运动方向解码研究
5.6 脑区之间的信息交互研究
5.7 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]A New Perspective for Parkinson’s Disease:Circadian Rhythm[J]. Siyue Li,Yali Wang,Fen Wang,Li-Fang Hu,Chun-Feng Liu. Neuroscience Bulletin. 2017(01)
博士论文
[1]植入式脑机接口神经元锋电位的时变特征分析与解码研究[D]. 廖玉玺.浙江大学 2014
本文编号：3454286
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 植入式脑机接口信号源的调谐特性
1.2.1 神经元锋电位的调谐特性
1.2.2 局部场电位的调谐特性
1.3 环境变量与脑神经信号交互的研究进展
1.3.1 时间变量与脑神经信号交互的研究进展
1.3.2 物体的运动状态变量与脑神经信号交互的研究进展
1.3.3 运动干扰变量与脑神经信号的交互的研究进展
1.4 本文主要研究内容
第2章 多变量可控的伸手抓取研究系统的构建
2.1 引言
2.2 行为训练平台的搭建
2.2.1 实验动物
2.2.2 猕猴固定模块的构建
2.2.3 训练系统模块的构建
2.3 电极植入平台的搭建与完善
2.3.1 术前准备流程的完善
2.3.2 电极植入手术流程的设计与完善
2.4 信号采集与轨迹追踪平台的搭建
2.5 信号分析平台的搭建与完善
2.5.1 原始文件的锋电位探测
2.5.2 事件相关脚本文件的编写
2.5.3 行为学评价方法的建立
2.5.4 基于Spike信号的分析程序编写
2.5.5 个体神经元波形的绘制
2.5.6 基于LFP信号的分析程序的编写
2.5.7 基于LFP的相干性分析程序的编写
2.5.8 统计分析
第3章 时间变量与神经信号交互规律研究
3.1 引言
3.2 实验范式介绍及行为学表现
3.2.1 实验范式的介绍
3.2.2 行为学训练
3.2.3 行为学表现
3.3 运动准备阶段间期计时的特征性神经信号的提取与解析
3.3.1 不同脑区的神经元的发放频率变化模式汇总
3.3.2 特征性神经元发放频率变化规律分析
3.3.3 Beta频段局部场电位在准备阶段计时研究中的调谐规律
3.4 伸手阶段间期计时的特征性脑神经信息的提取与解析
3.4.1 不同脑区的神经元的发放频率变化模式汇总
3.4.2 特征性神经元发放频率变化规律分析
3.5 本章小结
第4章 运动状态变量与神经信号交互规律研究
4.1 引言
4.2 实验范式介绍及行为学表现
4.2.1 实验范式的介绍
4.2.2 行为学训练
4.2.3 行为学表现
4.3 神经元发放频率在运动物体抓取过程中的调谐规律研究
4.3.1 不同脑区的神经元发放频率变化趋势汇总
4.3.2 特征性神经元发放频率变化规律分析
4.4 基于卡尔曼滤波的运动位置和速度的解码研究
4.5 基于支持向量机的运动方向解码研究
4.6 脑区之间的信息交互研究
4.7 本章小结
第5章 运动干扰变量与神经信号交互规律研究
5.1 引言
5.2 实验范式介绍及行为学表现
5.2.1 实验范式的介绍
5.2.2 行为学训练
5.2.3 行为学表现
5.3 神经元发放频率在运动干扰任务过程中的调谐规律研究
5.3.1 不同脑区的神经元发放频率变化趋势汇总
5.3.2 运动方向调谐的神经元比例汇总
5.4 基于卡尔曼滤波的运动位置和速度的解码研究
5.5 基于支持向量机的运动方向解码研究
5.6 脑区之间的信息交互研究
5.7 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]A New Perspective for Parkinson’s Disease:Circadian Rhythm[J]. Siyue Li,Yali Wang,Fen Wang,Li-Fang Hu,Chun-Feng Liu. Neuroscience Bulletin. 2017(01)
博士论文
[1]植入式脑机接口神经元锋电位的时变特征分析与解码研究[D]. 廖玉玺.浙江大学 2014
本文编号：3454286
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/3454286.html
