基于局部場(chǎng)電位的動(dòng)物轉(zhuǎn)向解碼研究.pdf

1、運(yùn)動(dòng)行為的神經(jīng)信號(hào)解碼研究是腦-機(jī)接口研究的重要內(nèi)容，解碼生物的運(yùn)動(dòng)意圖，具有重要的理論與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。微電極陣列記錄到的信號(hào)包括鋒電位信號(hào)（spike）和局部場(chǎng)電位信號(hào)（Local field potentials，LFP），關(guān)于spike信號(hào)的運(yùn)動(dòng)解碼研究取得了一定成果，但是隨著電極植入的時(shí)間增長(zhǎng)，spike信號(hào)質(zhì)量有所下降，而局部場(chǎng)電位具有長(zhǎng)期解碼穩(wěn)定的特點(diǎn)，逐漸引起研究人員的關(guān)注。但是，大腦結(jié)構(gòu)復(fù)雜，某一運(yùn)動(dòng)行為的執(zhí)行可能由大腦

2、多個(gè)腦區(qū)共同作用，運(yùn)動(dòng)意圖在腦中的存在時(shí)間非常短暫，采集到的局部場(chǎng)電位為非平穩(wěn)信號(hào)，且在記錄的過(guò)程中不可避免的會(huì)引入噪聲信號(hào)，這些都對(duì)解碼特征的有效提取造成一定阻礙。在對(duì)大腦信息進(jìn)行解碼時(shí)，關(guān)鍵是確定出有效編碼信息的時(shí)間及頻率窗口，提取到利于解碼的特征。
　　本文以鴿子為研究對(duì)象，結(jié)合動(dòng)物行為學(xué)方法與神經(jīng)信號(hào)微電極陣列檢測(cè)技術(shù)，采集了鴿子左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)三個(gè)方向轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)發(fā)生時(shí)NCL（Nidopallium Caudolateral

3、e）腦區(qū)的LFP信號(hào)。對(duì)LFP信號(hào)特征提取方法進(jìn)行分析，探討鴿子運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向時(shí)的LFP信號(hào)的特征變化，并用k近鄰（k-Nearest Neighbor，kNN）方法對(duì)提取的特征進(jìn)行分類，預(yù)測(cè)其運(yùn)動(dòng)方向。主要工作如下：
　　1.對(duì)局部場(chǎng)電位信號(hào)的產(chǎn)生過(guò)程，局部場(chǎng)電位信號(hào)特性及相關(guān)噪聲特性進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上比較了常用處理方法在LFP信號(hào)去噪中的優(yōu)缺點(diǎn)，以及常用時(shí)域，頻域時(shí)頻域方法在特征提取方面的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　2.采用了一種結(jié)合獨(dú)

4、立成分分析（Independent component analysis，ICA）與小波方法的特征提取方法，ICA方法能夠去除各通道間的數(shù)據(jù)冗余，去除明顯噪聲的同時(shí)對(duì)有效編碼信息最大程度的保留，之后利用時(shí)頻特性特較好的小波方法進(jìn)行特征提取，有效提取了運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向發(fā)生時(shí)局部場(chǎng)電位的特征。
　　3.完成了鴿子運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向行為誘導(dǎo)訓(xùn)練及神經(jīng)信號(hào)采集實(shí)驗(yàn)，利用本文的特征提取方法對(duì)局部場(chǎng)電位信號(hào)進(jìn)行特征提取，并利用k近鄰方法進(jìn)行分類，正確率最高達(dá)到