基于皮质内神经信号的猕猴运动感觉行为评价技术初探
发布时间：2021-02-25 12:24
目的针对脑瘫、帕金森病等严重影响患者运动、感觉能力的神经性疾病,尝试建立面向非人灵长类动物的、能同时评价运动功能、感觉功能的行为学体系,探索通过行为学数据和电生理学数据评价治疗神经性疾病的药物疗效的可行性。方法设计了一种面向猕猴的、能同时评价运动和感觉功能的实验装置,在猕猴大脑的初级感觉皮质（S1）、初级运动皮质（M1）和后顶叶皮质（PPC）植入微电极阵列,记录猕猴在完成运动、感觉相关的行为任务时的皮质内神经信号,对行为学数据、动作电位信号（spike）和局部场电位信号（LFP）进行统计与解析。结果建立了全新的能同时评价运动与感觉能力的实验平台,实现了对行为学数据与电生理学数据的同步采集与分析。结果显示,运动感觉功能正常的猕猴经过训练后完成任务的成功率为94.96%;不同脑区的神经元具有不同的发放模式,同一神经元的spike发放率在不同的行为阶段会发生变化;单脑区和脑区间的LFP在β频段的相干性会随运动阶段和抓握物体大小的变化发生显著改变。结论任务成功率和平均运动时间能评价触觉分辨与运动能力的改变;单神经元spike发放率变化能评价单神经元活动强度的变化;LFP信号间的相干性改变能间接...
【文章来源】：军事医学. 2019,43(04)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
脑区定位图谱（a）与电极位点植入示意图（b）
军事医学2019年4月第43卷第4期MilMedSci，Vol43，No4，Apr，2019灯，3个LED灯为并联状态，同时点亮或熄灭（记为LED2）。当猕猴抓握第二层目标物体满足条件后，LED1熄灭，LED2点亮，提示猕猴抓握第三层的目标物体，只有当猕猴选择抓握与第二层抓握物体大小一致的物体时，判定本次实验成功，微控制器控制打开电磁阀，猕猴获得给水奖励。猕猴完成每轮实验的流程图见图2b。图2实验装置示意图（a）与实验流程图（b）a.实验装置示意图：TargetAX：A=2，3代表物体所在层；X=1，2，3代表不同大小的目标物体，1为中物体，2为大物体，3为小物体；CenterPad为准备按钮；第二层目标物体由直流电动推杆固定，每轮实验时随机推出1个物体；b.实验流程图：事件简称（黑色）与表1对应，红色标签代表行为阶段划分：静息阶段（BL），反应阶段1（RA1），伸抓阶段1（REA1），抓取阶段1（GR1），反应阶段2（RA2），伸抓阶段2（REA2）上述流程中的每一步，都由程序设定了1个对应的事件标签，当猕猴完成该步动作后，系统便会将对应的事件标签传输至神经信号采集系统，根据事件标签我们便可提取出与不同行为状态相对应的神经信号。主要的事件标签见表1。11.2.3神经信号的采集与预处理11.2.3.1神经信号采集猕猴电极植入手术后2周进行信号采集实验，步骤如下：①将猕猴固定于猴椅上，束缚左上肢，将头桩固定于猴椅顶端，限制猕猴头部的自由活动。②打开电极接头保护盖，将Headstage接头与电极接口相连，Headstage的另一端与信号传输线相连，信号传输线接入前置放大器。③前置?
TH2记为伸抓阶段1（REA1），TH2到TR2记为抓取阶段1（GR1），TO2到TR1记为反应阶段2（RA2），TR1到TH2记为抓取阶段2（REA2）（图2b）。计算每个行为阶段S1脑区、M1脑区和PPC脑区单脑区LFP信号β频段的相干系数如图4所示。对每个脑区的β频段LFP信号进行双因素方差分析，分析不同大小的物体和不同的行为阶段对单脑区LFP信号相干性的影响，统计分析结果见表4。从图4和表4可见，当猕猴在抓握同一大小的目标图3代表性神经元的事件相关光栅图与动作电位发放次数直方图a.第19通道神经元B，是S1脑区的典型神经元；b.第47通道神经元A，是M1脑区的典型神经元；c.第122通道神经元A，是PPC脑区的典型神经元；光栅图上红色、绿色、蓝色和紫色的4种颜色标记，分别对应CH、CR、TH1和TR1四种事件标签；所有的事件以CR事件为标准对齐265
【参考文献】：
期刊论文
[1]帕金森病中医生存质量量表的初步评价[J]. 汤湘江,雒晓东. 广州中医药大学学报. 2018(06)
[2]脑瘫危险因素调查[J]. 李敏,苗丽霞. 河北医科大学学报. 2018(10)
[3]中国十二省市小儿脑性瘫痪流行病学特征[J]. 李晓捷,邱洪斌,姜志梅,庞伟,郭津,祝丽玲,吕智海,王立苹,孙奇峰,姚松坡,孙颖,郭岚敏,李兴洲. 中华实用儿科临床杂志. 2018 (05)
[4]帕金森病流行现状[J]. 刘疏影,陈彪. 中国现代神经疾病杂志. 2016(02)
[5]帕金森病大鼠行为学评价体系的创建在电生理学中的应用[J]. 曲庆洋,何婷婷,向冬生,李敏,类成东,侯亚兵,马硕,王敏. 中华老年心脑血管病杂志. 2015(09)
[6]帕金森病患者局部场电位信号多频耦合特征分析[J]. 王宗宝,黄永志,张新静,耿馨佚,陈骁,王守岩. 生物医学工程学杂志. 2015(04)
[7]脑功能障碍治疗仪辅助治疗痉挛型脑瘫患儿疗效分析[J]. 宣虹. 现代医药卫生. 2014(24)
[8]脑瘫动物模型的制作及微观表现研究进展[J]. 曹冉,于亚东,田方涛,孙庆禄,李亮. 河北医药. 2013(21)
[9]电刺激丘脑腹外侧核对运动皮质2区放电的影响[J]. 路致远,丁方香,王晓清,计义正,王敏. 中华老年心脑血管病杂志. 2012(11)
[10]脑瘫动物模型的研究现状[J]. 李江,陈刚. 中国康复医学杂志. 2007(12)
硕士论文
[1]帕金森病模型大鼠脚桥核与皮层—基底节环路β振荡网络的研究[D]. 黎敏.南方医科大学 2016
[2]帕金森病丘脑底核场电位信号多特征提取及药物影响研究[D]. 王亚楠.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[3]植入式脑—机接口[D]. 杨宪强.山东科技大学 2011
本文编号：3050963
【文章来源】：军事医学. 2019,43(04)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
脑区定位图谱（a）与电极位点植入示意图（b）
军事医学2019年4月第43卷第4期MilMedSci，Vol43，No4，Apr，2019灯，3个LED灯为并联状态，同时点亮或熄灭（记为LED2）。当猕猴抓握第二层目标物体满足条件后，LED1熄灭，LED2点亮，提示猕猴抓握第三层的目标物体，只有当猕猴选择抓握与第二层抓握物体大小一致的物体时，判定本次实验成功，微控制器控制打开电磁阀，猕猴获得给水奖励。猕猴完成每轮实验的流程图见图2b。图2实验装置示意图（a）与实验流程图（b）a.实验装置示意图：TargetAX：A=2，3代表物体所在层；X=1，2，3代表不同大小的目标物体，1为中物体，2为大物体，3为小物体；CenterPad为准备按钮；第二层目标物体由直流电动推杆固定，每轮实验时随机推出1个物体；b.实验流程图：事件简称（黑色）与表1对应，红色标签代表行为阶段划分：静息阶段（BL），反应阶段1（RA1），伸抓阶段1（REA1），抓取阶段1（GR1），反应阶段2（RA2），伸抓阶段2（REA2）上述流程中的每一步，都由程序设定了1个对应的事件标签，当猕猴完成该步动作后，系统便会将对应的事件标签传输至神经信号采集系统，根据事件标签我们便可提取出与不同行为状态相对应的神经信号。主要的事件标签见表1。11.2.3神经信号的采集与预处理11.2.3.1神经信号采集猕猴电极植入手术后2周进行信号采集实验，步骤如下：①将猕猴固定于猴椅上，束缚左上肢，将头桩固定于猴椅顶端，限制猕猴头部的自由活动。②打开电极接头保护盖，将Headstage接头与电极接口相连，Headstage的另一端与信号传输线相连，信号传输线接入前置放大器。③前置?
TH2记为伸抓阶段1（REA1），TH2到TR2记为抓取阶段1（GR1），TO2到TR1记为反应阶段2（RA2），TR1到TH2记为抓取阶段2（REA2）（图2b）。计算每个行为阶段S1脑区、M1脑区和PPC脑区单脑区LFP信号β频段的相干系数如图4所示。对每个脑区的β频段LFP信号进行双因素方差分析，分析不同大小的物体和不同的行为阶段对单脑区LFP信号相干性的影响，统计分析结果见表4。从图4和表4可见，当猕猴在抓握同一大小的目标图3代表性神经元的事件相关光栅图与动作电位发放次数直方图a.第19通道神经元B，是S1脑区的典型神经元；b.第47通道神经元A，是M1脑区的典型神经元；c.第122通道神经元A，是PPC脑区的典型神经元；光栅图上红色、绿色、蓝色和紫色的4种颜色标记，分别对应CH、CR、TH1和TR1四种事件标签；所有的事件以CR事件为标准对齐265
【参考文献】：
期刊论文
[1]帕金森病中医生存质量量表的初步评价[J]. 汤湘江,雒晓东. 广州中医药大学学报. 2018(06)
[2]脑瘫危险因素调查[J]. 李敏,苗丽霞. 河北医科大学学报. 2018(10)
[3]中国十二省市小儿脑性瘫痪流行病学特征[J]. 李晓捷,邱洪斌,姜志梅,庞伟,郭津,祝丽玲,吕智海,王立苹,孙奇峰,姚松坡,孙颖,郭岚敏,李兴洲. 中华实用儿科临床杂志. 2018 (05)
[4]帕金森病流行现状[J]. 刘疏影,陈彪. 中国现代神经疾病杂志. 2016(02)
[5]帕金森病大鼠行为学评价体系的创建在电生理学中的应用[J]. 曲庆洋,何婷婷,向冬生,李敏,类成东,侯亚兵,马硕,王敏. 中华老年心脑血管病杂志. 2015(09)
[6]帕金森病患者局部场电位信号多频耦合特征分析[J]. 王宗宝,黄永志,张新静,耿馨佚,陈骁,王守岩. 生物医学工程学杂志. 2015(04)
[7]脑功能障碍治疗仪辅助治疗痉挛型脑瘫患儿疗效分析[J]. 宣虹. 现代医药卫生. 2014(24)
[8]脑瘫动物模型的制作及微观表现研究进展[J]. 曹冉,于亚东,田方涛,孙庆禄,李亮. 河北医药. 2013(21)
[9]电刺激丘脑腹外侧核对运动皮质2区放电的影响[J]. 路致远,丁方香,王晓清,计义正,王敏. 中华老年心脑血管病杂志. 2012(11)
[10]脑瘫动物模型的研究现状[J]. 李江,陈刚. 中国康复医学杂志. 2007(12)
硕士论文
[1]帕金森病模型大鼠脚桥核与皮层—基底节环路β振荡网络的研究[D]. 黎敏.南方医科大学 2016
[2]帕金森病丘脑底核场电位信号多特征提取及药物影响研究[D]. 王亚楠.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[3]植入式脑—机接口[D]. 杨宪强.山东科技大学 2011
本文编号：3050963
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