自由活動大鼠閃光視覺刺激的辨識.pdf

1、大腦對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)域的研究熱點之一。通過提取以及描繪大腦對外界刺激的反應(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情況下產(chǎn)生的神經(jīng)信號，并通過機(jī)器學(xué)習(xí)的算法對不同的感知進(jìn)行分類，對神經(jīng)元發(fā)出的信號進(jìn)行更

2、有意義的解讀。目前，許多研究手段已被應(yīng)用于解釋動物視覺感知的表現(xiàn)形式與機(jī)制，然而研究自由活動的清醒大鼠大腦對頻率相關(guān)的視覺刺激的反應(yīng)尚且少見文獻(xiàn)，需要進(jìn)一步研究。
　　本文以大鼠為實驗對象，利用植入式整列電極提取了自由活動狀態(tài)下大鼠視覺感知腦區(qū)的神經(jīng)信號，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型辨識神經(jīng)信號對應(yīng)的外部感知類型。研究的具體內(nèi)容包括:
　　(1)分析大鼠視覺傳導(dǎo)通路，選定以初級視皮層作為提取視覺信息的目標(biāo)腦區(qū)。通過經(jīng)驗實驗，選定可固定

3、在顱骨表面的微絲電極陣列作為長期可植入式腦機(jī)接口。根據(jù)行為學(xué)驗證實驗，選擇在行為學(xué)實驗中可被大鼠準(zhǔn)確分辨的閃光刺激作為視覺刺激輸入。
　　(2)采集并分析了高低頻率閃光刺激下大鼠初級視皮層神經(jīng)元細(xì)胞峰電位發(fā)放的模式，通過分析外部視覺刺激下神經(jīng)信號的特征，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)元識別模型，

4、并進(jìn)一步評估了這種識別模型的可行性和穩(wěn)定性。
　　(3)研究了在單一波長紫外閃光刺激下，大鼠初級視皮層的峰電位和局部場電位信號的變化。研究結(jié)果顯示紫外光同樣能夠在大鼠初級視皮層激發(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，局部場電位信號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，將自由活動大鼠閃光視覺辨識的系統(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)合將同時利用生物運動