大鼠運動皮層神經(jīng)解碼實驗的硬件系統(tǒng)研究.pdf

1、腦機接口技術(shù)研究已經(jīng)成為神經(jīng)工程領(lǐng)域的熱點和前沿問題，該研究有助于重建殘障人士的運動和感覺功能，并推動神經(jīng)科學(xué)和信息科學(xué)的發(fā)展。植入式電極技術(shù)能提供高質(zhì)量的神經(jīng)信號，相對非植入式來說更能提高腦機接口系統(tǒng)的性能。為建立植入式腦機接口，本文主要研究大鼠運動皮層神經(jīng)解碼的相關(guān)實驗和硬件系統(tǒng)。
　　 為研究大鼠運動皮層神經(jīng)解碼，本文設(shè)計了大鼠前肢壓桿獲得給水獎賞的實驗方案和硬件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)包括16通道微金屬絲電極陣列、前端Headst

2、age、壓桿給水裝置、神經(jīng)元集群與壓桿信號的同步記錄和現(xiàn)場可編輯門陣列(FPGA)的硬件解碼模塊。結(jié)果顯示，可以利用大鼠運動皮層的神經(jīng)信號預(yù)測壓桿的壓力，大鼠能學(xué)會不壓桿直接神經(jīng)控制外部給水裝置，同時本文在FPGA上實現(xiàn)的概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解碼算法的計算時間僅為通用計算機上Matlab程序的四十分之一左右。
　　 為研究皮層微電流刺激對大鼠運動行為的影響，本文還設(shè)計了可用于自由活動狀態(tài)下大鼠實驗的電刺激系統(tǒng)，研究了內(nèi)側(cè)前腦束(MFB)

3、電刺激對大鼠行為的影響。結(jié)果顯示，MFB電刺激頻率越快，大鼠運動越活躍，并且單側(cè)的MFB電刺激引起大鼠對側(cè)肢體運動的幅度比同側(cè)大。這個實驗的初步探索將利于進一步研究植入式腦機接口中的電刺激反饋技術(shù)。
　　 本文的創(chuàng)新性在于提出并實現(xiàn)了一種基于概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和FPGA的硬件解碼方法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本存儲在塊RAM中，數(shù)學(xué)運算使用了Xilinx公司Virtex-5系列芯片中的DSP48E單元，指數(shù)激活函數(shù)通過泰勒級數(shù)和查找表近似?；?/p>