基于同步似然的gamma子帶功能網(wǎng)絡構(gòu)建與鴿子轉(zhuǎn)向行為解碼.pdf

1、腦是自然界中最復雜的網(wǎng)絡，腦中數(shù)以億計的神經(jīng)元之間不同的連接模式不僅編碼了動物的行為，而且控制著軀體的功能輸出。因此，與特定行為和功能相對應的神經(jīng)元網(wǎng)絡信息處理機制的解析，目前已成為神經(jīng)科學和控制科學等交叉領域新的研究熱點，有助于深化對大腦特定功能和機制的理解。本文針對動物目標導向抉擇行為的神經(jīng)信息解碼問題，以鴿子為模式動物，首先通過植入式微電極陣列記錄了鴿子弓狀皮質(zhì)尾外側(cè)區(qū)神經(jīng)信號，根據(jù)轉(zhuǎn)向過程中局部場電位（local field p

2、otential，LFP）不同頻帶的時頻特性變化，確定了轉(zhuǎn)向行為的編碼頻段；然后利用同步似然算法構(gòu)建了gamma子帶功能網(wǎng)絡，并分析了網(wǎng)絡的拓撲特性，確定了轉(zhuǎn)向行為的解碼時間窗；最后提取了gamma子帶功能網(wǎng)絡特征，并利用聯(lián)合留一法（leave one out，LOO）和k近鄰（k-nearest neightor， kNN）的神經(jīng)信息解碼算法解碼了鴿子的轉(zhuǎn)向行為。本文已完成的工作和取得的研究成果概括如下：
　　1）利用多窗口重疊

3、功率譜估計和小波變換技術(shù)，從時域、頻域、時頻域三個角度對鴿子轉(zhuǎn)向過程中的 LFP信號進行了特性分析，以確定與鴿子轉(zhuǎn)向行為相關的 LFP信號特征頻帶。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與等待區(qū)相比，轉(zhuǎn)向區(qū)的 gamma子帶（40~60 Hz）能量顯著增加，而其它子帶并沒有明顯變化，這表明 LFP信號gamma子帶編碼了鴿子的轉(zhuǎn)向行為。
　　2）利用同步似然分析算法，構(gòu)建了 LFP信號gamma子帶功能網(wǎng)絡，度量并分析了網(wǎng)絡的拓撲特性。對比分析了等待區(qū)與轉(zhuǎn)向

4、區(qū)、不同方向以及轉(zhuǎn)向前后gamma子帶功能網(wǎng)絡的拓撲特性，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向區(qū)的網(wǎng)絡聚類系數(shù)和全局效率顯著高于等待區(qū)，而且轉(zhuǎn)向區(qū)不同方向的網(wǎng)絡特性之間的差異也比較明顯。進一步的研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向后聚類系數(shù)和全局效率顯著高于轉(zhuǎn)向前，這表明轉(zhuǎn)向后gamma子帶功能網(wǎng)絡包含了鴿子的轉(zhuǎn)向行為信息。
　　3）利用網(wǎng)絡的連接強度值和主成分降維技術(shù)，提取了gamma子帶功能網(wǎng)絡特征，并利用LOO-kNN解碼算法解碼了鴿子的轉(zhuǎn)向行為，對比分析了網(wǎng)絡特征和能量特征