本文關鍵詞：植入式腦機接口中微電刺激信息反饋和神經信息約簡的研究　出處：《浙江大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 腦機接口 皮層微電刺激 信息反饋 神經信息約簡 高效解碼

【摘要】：腦機接口技術在大腦和外部設備之間建立了一條直接的信息交流通道,一方面可以讀取大腦運動意圖信息來控制外部設備,另一方面可以將外部信息反饋回大腦,因此在殘疾人感覺運動功能修復以及神經損傷性疾病的治療方面具有重要應用前景。植入式腦機接口經過十幾年的發(fā)展已經取得初步成果,目前正在進入優(yōu)化升級階段。系統(tǒng)現(xiàn)階段主要面臨以下幾個方面的問題:1)缺乏針對閉環(huán)系統(tǒng)的信息反饋的研究;2)系統(tǒng)閉環(huán)化的發(fā)展趨勢對于解碼效率提出了更高的要求。本文主要針對以上兩個方面的問題,研究對應的解決方案。針對閉環(huán)系統(tǒng)信息反饋的問題,本文研究了如何利用皮層微電刺激技術作為腦機接口系統(tǒng)信息反饋的新方法。首先研究了皮層微電刺激信息輸入的特點,在此基礎上建立了以皮層微電刺激進行信息反饋的閉環(huán)系統(tǒng),通過對比實驗驗證了皮層微電刺激在系統(tǒng)中的反饋作用。針對系統(tǒng)高效解碼的問題,本文研究了如何利用神經元信息約簡的方法來提高解碼效率。通過分析神經元跟實驗任務的相關性篩選出少量重要神經元用來解碼,在不影響解碼精度的同時減少了計算量,達到了提高解碼效率的目的。本文的主要工作和創(chuàng)新點在于:1)研究了外界振動刺激與皮層微電刺激對皮層神經元活動的影響,為皮層微電刺激作為腦機接口閉環(huán)系統(tǒng)中的信息輸入方法提供了實驗依據(jù)。2)提出了一種以皮層微電刺激作為雙向腦機接口系統(tǒng)中閉環(huán)信息反饋的方法,通過建立嚙齒類動物的雙向閉環(huán)腦機接口實驗平臺,驗證了皮層微電刺激方法的有效反饋作用。3)提出了基于互信息定量評價篩選任務相關神經元的方法,通過對非人靈長類動物抓握手勢解碼實驗中皮層神經元任務相關性分析,進行神經信息約簡,為提高解碼效率提供了一種有效方法。本文的研究結果對于將來建立完整、高效的閉環(huán)腦機接口系統(tǒng)具有一定的指導作用和參考價值。
[Abstract]:Brain computer interface technology to establish a direct communication channel between the brain and external devices, one can read brain motion intention information to control external equipment, on the other hand, the external information feedback to the brain, so the feeling of persons with disabilities has important application prospect in the treatment of motor function recovery and nerve injury disease. After more than ten years of development, implantable brain machine interface has achieved preliminary results, and is now entering the stage of optimization and upgrading. At present, the system is faced with the following problems: 1) there is no research on information feedback for closed loop system; 2) the development trend of system closed-loop has put forward higher requirements for decoding efficiency. This article mainly aims at the above two aspects, and studies the corresponding solutions. In view of the information feedback of the closed loop system, this paper studies how to use the cortical micro stimulation technology as a new method of information feedback of the brain machine interface system. First, we studied the characteristics of information input from cortical micro electrical stimulation. Based on that, we established a closed loop system of information feedback based on cortical micro electrical stimulation, and verified the feedback effect of cortical micro electrical stimulation in the system through comparative experiments. In order to solve the problem of efficient decoding of the system, this paper studies how to improve the decoding efficiency by using the method of neuron reduction. By analyzing the correlation between neurons and experimental tasks, a few important neurons were selected to decode, without affecting the accuracy of decoding, and at the same time, reducing the amount of computation, achieving the purpose of improving the decoding efficiency. The main works and innovations in this paper are as follows: 1) we studied the effects of external vibration stimulation and cortical micro electrical stimulation on cortical neuron activity, and provided experimental evidence for cortical micro electrical stimulation as a method of information input in closed loop system of brain computer interface. 2) put forward a closed loop information feedback method based on cortical micro electrical stimulation as a bidirectional brain computer interface system. By establishing rodent bi-directional closed loop brain computer interface experimental platform, we verified the effective feedback function of cortical micro electrical stimulation. 3) a method based on mutual information for quantitative evaluation of task related neurons was put forward. Neural information reduction was performed through the task correlation analysis of cortical neurons in the grasp gesture decoding experiment of non-human primates, providing an effective way to improve the decoding efficiency. The results of this paper have a certain guiding role and reference value for the establishment of a complete and efficient closed loop brain machine interface system in the future.
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN911.7;R318

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 黃厚才;兔對電刺激的反應性及體溫的晝夜變化[J];上海實驗動物科學;1998年Z1期

2 李東風,趙靜,蔣錦昌;電刺激鳴禽高級發(fā)聲中樞誘發(fā)叫聲的聲譜分析[J];東北師大學報(自然科學版);2001年01期

3 石其賢;錢耕蓀;張致一;;電刺激大白鼠誘導泌乳作用機制的研究[J];實驗生物學報;1964年02期

4 徐承燾,陳娟,李青,張海靈;電刺激大鼠坐骨神經中樞端引起血壓變化的機制探討[J];生理科學;1988年05期

5 彭良瑞;孤立電刺激下肌肉力激發(fā)、力大小、力速度的估算[J];國外醫(yī)學.生物醫(yī)學工程分冊;1995年01期

6 傅英，戴體俊;小鼠電刺激測痛實驗方法的探討[J];實驗動物科學與管理;1995年04期

7 趙鵬程;呂永鋼;鄒楊;張小梅;陳國寶;楊力;;電刺激聯(lián)合干細胞修復周圍神經損傷的研究進展[J];生物化學與生物物理進展;2012年06期

8 張能;陳永躍;陸杰;黃仲蓀;;電刺激兔孤束束誘發(fā)消化間期胃綜合肌電的變化[J];四川生理科學雜志;1991年Z1期

9 曾照芳;;模擬針灸效果的電刺激波的數(shù)學模型[J];生物數(shù)學學報;1992年01期

10 鄒賢剛,肖英達,黃國屏,杜淼;電刺激家兔卵母細胞孤雌活化的研究[J];動物學報;1993年01期

相關會議論文 前10條

1 錢龍;吳東宇;;經顱直流電刺激及其臨床應用[A];中國康復醫(yī)學會第十三屆全國腦血管病康復學術會議會議指南[C];2010年

2 李揚政;李建華;吳濤;;不同電刺激對提高健康人群肌力的研究進展[A];2011年浙江省物理醫(yī)學與康復學學術年會暨康復新進展學習班論文匯編[C];2011年

3 張毓笠;王伯雄;;肌電刺激儀器及其在醫(yī)學治療中的作用[A];海峽兩岸醫(yī)療儀器學術會議論文集[C];1995年

4 黃先森;;經顱直流電刺激在中風康復中的應用進展[A];2013浙江省物理醫(yī)學與康復學學術年會暨第八屆浙江省康復醫(yī)學發(fā)展論壇論文集[C];2013年

5 朱曉瑾;張旭;王輝;閻立麗;;高頻電刺激對周圍神經傳導阻斷的動物實驗研究[A];第十四屆中國科協(xié)年會第17分會場：環(huán)境危害與健康防護研討會論文集[C];2012年

6 戎科;;偏癱步態(tài)的建模及動態(tài)電刺激康復研究[A];第十五屆全國運動生物力學學術交流大會（CABS2012）論文摘要匯編[C];2012年

7 王紅星;;重復頻率電刺激[A];中國康復醫(yī)學會肌電圖與臨床電生理學習班資料匯編[C];2012年

8 梅慧嫻;成良;陳其才;;下丘局部電刺激對聽神經元最佳頻率和幅度敏感性的實時調制[A];中國生理學會第23屆全國會員代表大會暨生理學學術大會論文摘要文集[C];2010年

9 王優(yōu)芳;;低頻脈沖電刺激配合手法按摩老年中風便秘的療效觀察[A];2013浙江省物理醫(yī)學與康復學學術年會暨第八屆浙江省康復醫(yī)學發(fā)展論壇論文集[C];2013年

10 沈明;覃云凌;于建紅;;經直腸電刺激取精術[A];中華醫(yī)學會第八次全國男科學學術會議論文集[C];2007年

相關重要報紙文章 前7條

1 蘇州市農科所 高建峰;電刺激 促美蛙生長[N];江蘇科技報;2001年

2 本報記者 何英;缺電刺激埃及向“風光”邁進[N];中國能源報;2014年

3 ;加一點電刺激能做“清醒夢”[N];新華每日電訊;2014年

4 風信;治療中風偏癱雙管齊下更有利[N];醫(yī)藥經濟報;2002年

5 健康時報特約記者　 黃學超;穴位電刺激 戒酒效果好[N];健康時報;2006年

6 本報記者 張曄 本報實習生 徐羽宏;意念控制：咱們瞧瞧地球上的“阿凡達”[N];科技日報;2014年

7 中國醫(yī)科院整形外科醫(yī)院麻醉科薛富善;綜合治療帶狀皰疹后遺神經痛[N];健康報;2006年

相關博士學位論文 前10條

1 余穎;大鼠海馬區(qū)神經元對于軸突高頻電刺激的響應及作用機制研究[D];浙江大學;2016年

2 曹艷;植入式腦機接口中微電刺激信息反饋和神經信息約簡的研究[D];浙江大學;2016年

3 閆曉東;電刺激促進大鼠背根神經節(jié)神經元突起生長及機制研究[D];第四軍醫(yī)大學;2011年

4 蔡昌思;不同位置及模式電刺激誘發(fā)視網(wǎng)膜神經節(jié)細胞及視皮層的響應特性研究[D];上海交通大學;2011年

5 王凱;電刺激兔眼視神經誘發(fā)皮層電位的實驗研究[D];北京大學;2008年

6 劉愛國;電刺激對豚鼠聽神經興奮性影響[D];復旦大學;2003年

7 王曉琳;電刺激大鼠上矢狀竇血管源性頭痛模型的機制研究[D];中國人民解放軍軍醫(yī)進修學院;2010年

8 沈瑾;電刺激處理牛肉的差異蛋白質組學研究[D];山東農業(yè)大學;2013年

9 姜磊;偏頭痛痛覺機制—電刺激清醒大鼠上矢狀竇區(qū)硬腦膜后三叉神經核尾側復合體基因表達譜的實驗研究[D];中國人民解放軍軍醫(yī)進修學院;2009年

10 羅欣;電刺激和延遲冷卻對牛肉食用品質的影響及其作用機理研究[D];南京農業(yè)大學;2006年

相關碩士學位論文 前10條

1 薛磊;前視結節(jié)電刺激對熊蜂飛行控制的研究[D];浙江大學;2015年

2 史彬;采用血氧水平依賴—功能磁共振成像研究經顱直流電刺激調節(jié)吸煙渴求的神經機制[D];安徽醫(yī)科大學;2015年

3 陳冬明;電刺激對稀有泩鯽（Gobiocrypris rarus）性腺發(fā)育及繁殖的影響[D];西南大學;2015年

4 任冬冬;重復性眶周交流電刺激對單眼剝奪小鼠視皮層可塑性的作用研究[D];天津醫(yī)科大學;2015年

5 李雪;TMD患者電刺激后唾液皮質醇變化及與疼痛災難化認知的相關關系[D];天津醫(yī)科大學;2015年

6 黃新;視網(wǎng)膜上假體的電刺激脈沖及其波形的優(yōu)化[D];天津醫(yī)科大學;2012年

7 田園;低壓電刺激對成熟過程中牦牛肉品質的改善[D];甘肅農業(yè)大學;2015年

8 盧嘉奕;高頻電刺激指導下的腎動脈近段的腎交感神經射頻消融術的實驗研究[D];重慶醫(yī)科大學;2015年

9 何康;電刺激與電損毀腹外側視前區(qū)對大鼠睡眠活動的影響[D];河北師范大學;2016年

10 沈偉超;基于電刺激的鯉魚機器人腦運動區(qū)定位及組織學研究[D];燕山大學;2016年

，

本文編號：1339171