本文關(guān)鍵詞：基于光遺傳學(xué)技術(shù)的大鼠機(jī)器人運(yùn)動(dòng)調(diào)控研究　出處：《浙江大學(xué)》2015年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：腦機(jī)接口(Brain-Computer Interface,BCI或Brain-Machine Interface, BMI)作為一種不依賴(lài)腦的正常輸出通路的通訊系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了大腦與外部環(huán)境之間的直接信息交互。腦機(jī)接口主要可以指“腦控”和“機(jī)控”兩種形式：“腦控”形式通過(guò)對(duì)大腦神經(jīng)信號(hào)的提取和分析來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于外部設(shè)備的控制；“機(jī)控”形式則通過(guò)向大腦施加特定的刺激信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)于大腦活動(dòng)的調(diào)控�！皺C(jī)控”形式的腦機(jī)接口已被廣泛的應(yīng)用于神經(jīng)功能調(diào)控、感覺(jué)信息反饋等研究,其典型的應(yīng)用范例即為動(dòng)物機(jī)器人系統(tǒng)。動(dòng)物機(jī)器人指利用動(dòng)物自身的神經(jīng)系統(tǒng),通過(guò)施加特定的刺激信號(hào)調(diào)控大腦活動(dòng),進(jìn)而影響動(dòng)物整體的行為,從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)物行為的人為控制。其中,大鼠機(jī)器人在軍事勘測(cè)、路障排除、消防救援等方面具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。然而,目前的大鼠機(jī)器人運(yùn)動(dòng)調(diào)控存在兩個(gè)主要瓶頸：第一,電刺激方式的影響范圍難以精確控制,容易干擾非相干腦區(qū)的正常電活動(dòng),不利于大鼠機(jī)器人的精確運(yùn)動(dòng)控制。第二,電刺激方式影響的對(duì)象為所有細(xì)胞,無(wú)法針對(duì)特定類(lèi)型的神經(jīng)元進(jìn)行調(diào)控研究,因此難以在神經(jīng)機(jī)制上對(duì)控制命令做出解釋和優(yōu)化�；谝陨显�,探索一種能夠與電刺激互補(bǔ)的全新刺激調(diào)控方式,是大鼠機(jī)器人研究領(lǐng)域十分關(guān)注的研究?jī)?nèi)容。本研究采用當(dāng)前新興的光遺傳學(xué)技術(shù),通過(guò)在相關(guān)腦區(qū)的特定神經(jīng)元內(nèi)表達(dá)光敏感蛋白,并利用光刺激替代電刺激,對(duì)大鼠機(jī)器人的“前進(jìn)”、“停止”和“左／右轉(zhuǎn)向”運(yùn)動(dòng)調(diào)控進(jìn)行了深入的研究。本研究實(shí)現(xiàn)了對(duì)大鼠運(yùn)動(dòng)行為的光刺激調(diào)控,對(duì)運(yùn)動(dòng)行為調(diào)控的神經(jīng)機(jī)制做出了相應(yīng)解釋,并探討了光遺傳學(xué)技術(shù)用于大鼠機(jī)器人運(yùn)動(dòng)調(diào)控的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。本研究的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：第一,將光遺傳學(xué)神經(jīng)調(diào)控技術(shù)引入動(dòng)物機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制研究,采用光刺激方式精確誘導(dǎo)了動(dòng)物運(yùn)動(dòng)行為的調(diào)控,并與傳統(tǒng)的電刺激方式形成功能上的互補(bǔ),為動(dòng)物機(jī)器人的精確運(yùn)動(dòng)調(diào)控提出了一種嶄新的實(shí)現(xiàn)思路。第二,利用光遺傳學(xué)調(diào)控方式,對(duì)于參與大鼠運(yùn)動(dòng)調(diào)控的獎(jiǎng)賞學(xué)習(xí)機(jī)制和防御行為機(jī)制進(jìn)行了一定程度的探索和解釋,并且深入探討了部分多巴胺能神經(jīng)元和谷氨酸能神經(jīng)元在大鼠獎(jiǎng)賞學(xué)習(xí)機(jī)制中的貢獻(xiàn)；上述研究工作對(duì)于動(dòng)物機(jī)器人運(yùn)動(dòng)調(diào)控的神經(jīng)機(jī)制解釋與調(diào)控方法優(yōu)化有非常重要的參考價(jià)值。第三,自行設(shè)計(jì)了光纖-微電極植入子陣列接口裝置以及大鼠背包式無(wú)線通信光刺激裝置,實(shí)現(xiàn)了同步在體的光刺激調(diào)控與電生理信號(hào)提取,建立了雙向調(diào)控的完整閉環(huán)腦機(jī)接口系統(tǒng),為光遺傳學(xué)和腦機(jī)接口系統(tǒng)研究提供了新的手段。綜上所述,本研究通過(guò)將光遺傳學(xué)神經(jīng)調(diào)控技術(shù)與植入式腦機(jī)接口技術(shù)相結(jié)合,開(kāi)展了基于光刺激的新型大鼠機(jī)器人運(yùn)動(dòng)調(diào)控研究,實(shí)現(xiàn)光刺激大鼠機(jī)器人運(yùn)動(dòng)調(diào)控指令,并且借助光遺傳學(xué)技術(shù),對(duì)于參與大鼠運(yùn)動(dòng)調(diào)控過(guò)程的獎(jiǎng)賞學(xué)習(xí)機(jī)制和防御行為機(jī)制等進(jìn)行了深入探索；該研究目前未見(jiàn)報(bào)道。本研究為神經(jīng)工程以及動(dòng)物機(jī)器人控制領(lǐng)域提供了一種具有啟發(fā)性的、且具有更強(qiáng)精確性和特異性的實(shí)現(xiàn)方案和思路；同時(shí),為神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域研究神經(jīng)通路、投射關(guān)系和內(nèi)在作用機(jī)制等提供了一種定位性強(qiáng)、準(zhǔn)確度高的調(diào)控研究方法。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TP242;R318

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1348058