發(fā)布時(shí)間：2017-03-22 05:09

  本文關(guān)鍵詞：自由活動(dòng)大鼠閃光視覺(jué)刺激的辨識(shí)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：大腦對(duì)外界刺激的感知反應(yīng)是理解中樞神經(jīng)系統(tǒng)的重要研究領(lǐng)域,也是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。通過(guò)提取以及描繪大腦對(duì)外界刺激的反應(yīng),我們可以了解不同類型的刺激在大腦中的表現(xiàn)形式,這有助于我們認(rèn)識(shí)大腦內(nèi)不同的功能區(qū)塊及之間的連接與回路,也有助于進(jìn)一步了解神經(jīng)元類型的分布和神經(jīng)元功能區(qū)的聚集。通過(guò)腦機(jī)接口技術(shù),我們可以更直觀地讀取生物體在自由活動(dòng)情況下產(chǎn)生的神經(jīng)信號(hào),并通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)的算法對(duì)不同的感知進(jìn)行分類,對(duì)神經(jīng)元發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行更有意義的解讀。目前,許多研究手段已被應(yīng)用于解釋動(dòng)物視覺(jué)感知的表現(xiàn)形式與機(jī)制,然而研究自由活動(dòng)的清醒大鼠大腦對(duì)頻率相關(guān)的視覺(jué)刺激的反應(yīng)尚且少見(jiàn)文獻(xiàn),需要進(jìn)一步研究。本文以大鼠為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,利用植入式整列電極提取了自由活動(dòng)狀態(tài)下大鼠視覺(jué)感知腦區(qū)的神經(jīng)信號(hào),并利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型辨識(shí)神經(jīng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的外部感知類型。研究的具體內(nèi)容包括：(1) 分析大鼠視覺(jué)傳導(dǎo)通路,選定以初級(jí)視皮層作為提取視覺(jué)信息的目標(biāo)腦區(qū)。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)實(shí)驗(yàn),選定可固定在顱骨表面的微絲電極陣列作為長(zhǎng)期可植入式腦機(jī)接口。根據(jù)行為學(xué)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),選擇在行為學(xué)實(shí)驗(yàn)中可被大鼠準(zhǔn)確分辨的閃光刺激作為視覺(jué)刺激輸入。(2) 采集并分析了高低頻率閃光刺激下大鼠初級(jí)視皮層神經(jīng)元細(xì)胞峰電位發(fā)放的模式,通過(guò)分析外部視覺(jué)刺激下神經(jīng)信號(hào)的特征,發(fā)現(xiàn)90%以上的通道峰電位的發(fā)放與閃光刺激的頻率線性正相關(guān)。高低頻刺激組和對(duì)照組之間的峰電位神經(jīng)元發(fā)放狀態(tài)存在顯著差異。使用支持向量機(jī)分類算法建立了閃光誘發(fā)的峰電位神經(jīng)元識(shí)別模型,并進(jìn)一步評(píng)估了這種識(shí)別模型的可行性和穩(wěn)定性。(3) 研究了在單一波長(zhǎng)紫外閃光刺激下,大鼠初級(jí)視皮層的峰電位和局部場(chǎng)電位信號(hào)的變化。研究結(jié)果顯示紫外光同樣能夠在大鼠初級(jí)視皮層激發(fā)強(qiáng)烈的峰電位發(fā)放,峰電位發(fā)放與閃光刺激頻率也明顯的相關(guān)性。同時(shí),局部場(chǎng)電位信號(hào)中也可觀察到與閃光刺激頻率相關(guān)頻段的功率譜能量增強(qiáng)。最后本文提出設(shè)想,將自由活動(dòng)大鼠閃光視覺(jué)辨識(shí)的系統(tǒng)與基于電刺激的大鼠機(jī)器人系統(tǒng)相結(jié)合。這一結(jié)合將同時(shí)利用生物運(yùn)動(dòng)智能以及生物感知智能,把原有大鼠機(jī)器人依托人工或者外置設(shè)備采集環(huán)境信息的過(guò)程內(nèi)化為大鼠本體視覺(jué)感知采集環(huán)境信息的過(guò)程,可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有視覺(jué)增強(qiáng)動(dòng)物機(jī)器人的更新,最大程度地運(yùn)用生物智能。
【關(guān)鍵詞】：初級(jí)視皮層 閃光視覺(jué)刺激 神經(jīng)解碼 腦機(jī)接口
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN911.7;R338
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-17
• 第一章 緒論17-33
• 1.1 研究背景及意義17-20
• 1.1.1 視覺(jué)增強(qiáng)大鼠機(jī)器人17-18
• 1.1.2 讀取生物感知的意義18-20
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-31
• 1.2.1 大鼠視覺(jué)通路概述20-22
• 1.2.2 大鼠初級(jí)視皮層概述22-23
• 1.2.3 閃光刺激誘發(fā)神經(jīng)活動(dòng)的研究23-27
• 1.2.4 其他視覺(jué)能力的研究27-29
• 1.2.5 腦機(jī)接口技術(shù)在視覺(jué)神經(jīng)信號(hào)讀取方面的應(yīng)用29-30
• 1.2.6 視覺(jué)假體30-31
• 1.3 本文的主要工作31-33
• 第二章 大鼠辨識(shí)閃光刺激的行為學(xué)驗(yàn)證33-39
• 2.1 行為學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置33-34
• 2.2 行為學(xué)訓(xùn)練過(guò)程及方法34-37
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析37-39
• 第三章 大鼠初級(jí)視皮層神經(jīng)信號(hào)提取39-48
• 3.1 動(dòng)物手術(shù)39-43
• 3.2 視覺(jué)刺激平臺(tái)43-44
• 3.3 神經(jīng)信號(hào)的記錄44
• 3.4 神經(jīng)信號(hào)的分析與處理44-48
• 3.4.1 神經(jīng)元信號(hào)聚類44-46
• 3.4.2 神經(jīng)元信號(hào)可視化46-48
• 第四章 大鼠視皮層峰電位信號(hào)辨識(shí)高低頻率的閃光刺激48-64
• 4.1 閃光刺激實(shí)驗(yàn)過(guò)程及方法48-55
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)范式48-50
• 4.1.2 Ominiplex信號(hào)預(yù)處理50-51
• 4.1.3 Offline Sorter信號(hào)聚類51
• 4.1.4 特征提取51-52
• 4.1.5 解碼方法52
• 4.1.6 支持向量機(jī)分類算法52-55
• 4.2 閃光刺激實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析55-64
• 4.2.1 閃光誘發(fā)的神經(jīng)元活動(dòng)56-57
• 4.2.2 閃光頻率對(duì)神經(jīng)活動(dòng)的影響57-60
• 4.2.3 使用支持向量機(jī)模型的分類結(jié)果60-61
• 4.2.4 環(huán)境有光情況下的分類結(jié)果61-62
• 4.2.5 峰電位信號(hào)可持續(xù)分類的時(shí)間62-64
• 第五章 峰電位信號(hào)及局部場(chǎng)電位信號(hào)辨識(shí)紫外閃光刺激64-76
• 5.1 紫外閃光刺激實(shí)驗(yàn)范式64-65
• 5.2 紫外閃光刺激下峰電位結(jié)果及分析65-70
• 5.2.1 紫外閃光誘發(fā)的峰電位神經(jīng)活動(dòng)65-68
• 5.2.2 使用支持向量機(jī)模型的分類結(jié)果68-70
• 5.3 局部場(chǎng)電位信號(hào)概述70-71
• 5.4 局部場(chǎng)電位信號(hào)與峰電位信號(hào)的關(guān)聯(lián)71
• 5.5 紫外閃光刺激下局部場(chǎng)電位信號(hào)結(jié)果及分析71-76
• 5.5.1 局部場(chǎng)電位信號(hào)隨刺激發(fā)放情況71-74
• 5.5.2 局部場(chǎng)電位信號(hào)來(lái)源的覆蓋范圍74-76
• 第六章 研究總結(jié)與展望76-80
• 6.1 本文研究工作總結(jié)76-77
• 6.2 研究工作展望77-80
• 參考文獻(xiàn)80-83
• 攻讀碩士期間主要的研究成果83

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