獼猴運(yùn)動(dòng)皮層中局部場(chǎng)電位信號(hào)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性及其同側(cè)運(yùn)動(dòng)解析.pdf

1、物理?yè)p傷或神經(jīng)系統(tǒng)疾病等原因經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致人們永久性地喪失運(yùn)動(dòng)功能，而腦機(jī)接口技術(shù)的出現(xiàn)給這些殘障患者帶來(lái)了新希望。腦機(jī)接口直接提取大腦的運(yùn)動(dòng)信息，繞過(guò)常規(guī)的脊髓和外周神經(jīng)系統(tǒng)，直接控制外部設(shè)備，為運(yùn)動(dòng)功能重建提供了一種新思路。目前植入式腦機(jī)接口中常用的神經(jīng)信號(hào)主要有兩種:神經(jīng)元鋒電位信號(hào)和局部場(chǎng)電位信號(hào)。其中神經(jīng)元鋒電位信號(hào)，具有較高的時(shí)空分辨率，可以攜帶較為豐富的運(yùn)動(dòng)信息，但是在實(shí)際應(yīng)用中難以維持較長(zhǎng)時(shí)間的有效的記錄。近年來(lái)諸多研究表明

2、局部場(chǎng)電位信號(hào)中也蘊(yùn)含著豐富的運(yùn)動(dòng)信息，但其長(zhǎng)期穩(wěn)定性相對(duì)研究較少。另外，不同頻段的局部場(chǎng)電位信號(hào)對(duì)同側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)的信號(hào)表征及其解析情況也尚不十分清楚。
　　本研究基于獼猴的腦機(jī)接口平臺(tái)，在三只獼猴進(jìn)行四方向center-out實(shí)驗(yàn)時(shí)，使用Blackrock的硅陣列電極同步記錄獼猴初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層和背側(cè)運(yùn)動(dòng)前區(qū)中的神經(jīng)信號(hào)，從神經(jīng)信號(hào)特征、神經(jīng)信號(hào)與運(yùn)動(dòng)信號(hào)間的相關(guān)性以及神經(jīng)信號(hào)解碼三個(gè)方面對(duì)局部場(chǎng)電位信號(hào)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性及其對(duì)于同側(cè)運(yùn)動(dòng)信

3、息的解析進(jìn)行了分析和研究。結(jié)果表明在長(zhǎng)期穩(wěn)定性方面，相對(duì)于神經(jīng)元鋒電位信號(hào)，局部場(chǎng)電位信號(hào)記錄質(zhì)量衰減緩慢，能夠維持相對(duì)更久的運(yùn)動(dòng)方向信息。在神經(jīng)元鋒電位信號(hào)記錄質(zhì)量較差時(shí)，局部場(chǎng)電位信號(hào)能夠表現(xiàn)出更好的解碼性能。特別地，在整個(gè)神經(jīng)電極陣列記錄不到神經(jīng)元鋒電位信號(hào)時(shí)，局部場(chǎng)電位信號(hào)仍然能夠提供一定的解碼信息。在同側(cè)運(yùn)動(dòng)表征與解析方面，多個(gè)頻段的局部場(chǎng)電位信號(hào)表征了同側(cè)肢體的運(yùn)動(dòng)信息。同時(shí)，同一神經(jīng)信號(hào)表現(xiàn)出與對(duì)側(cè)運(yùn)動(dòng)時(shí)顯著不同的偏好方向

4、。解碼結(jié)果表明多個(gè)頻段能夠精確解析同側(cè)肢體的運(yùn)動(dòng)信息，其中以200～400Hz頻段的解碼性能最佳。
　　本研究工作分析了神經(jīng)元鋒電位信號(hào)記錄質(zhì)量較差時(shí)的局部場(chǎng)電位信號(hào)的解碼性能，并對(duì)不同頻段的局部場(chǎng)電位信號(hào)對(duì)同側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)的信息表征及其解析進(jìn)行了深入研究。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于:(1)在四方向center-out運(yùn)動(dòng)范式上，從信號(hào)特征、方向性調(diào)諧和離線解碼性能三個(gè)方面證實(shí)了局部場(chǎng)電位信號(hào)具有比神經(jīng)元鋒電位信號(hào)更好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性;(2)研究了神

5、經(jīng)元鋒電位信號(hào)記錄質(zhì)量在嚴(yán)重衰減甚至完全消失時(shí)，局部場(chǎng)電位信號(hào)在四方向分類解碼上仍具有一定的生理意義;(3)研究表明多個(gè)頻段的局部場(chǎng)電位信號(hào)蘊(yùn)含同側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)的有效信息，尤其在200～400 Hz頻段信號(hào)的解碼性能相對(duì)較好，四方向的分類正確率最高。
　　本文通過(guò)對(duì)局部場(chǎng)電位信號(hào)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性及其對(duì)于同側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)信息表征和解析的研究表明，大腦運(yùn)動(dòng)皮層的局部場(chǎng)電位信號(hào)同樣蘊(yùn)含豐富的肢體運(yùn)動(dòng)信息，可以作為一種穩(wěn)定的神經(jīng)信號(hào)源，相關(guān)研究結(jié)果將