基于大鼠皮層微電刺激反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)實現.pdf

1、腦機接口技術旨在實現大腦和外界環(huán)境之間地直接信息交互，為殘疾患者重建運動或感覺功能提供一種潛在的解決方案。目前主要的腦機接口技術是利用大腦的神經信號控制外部機械設備，外界信息多用視覺或聽覺等自然感覺進行反饋。這類反饋方式的缺點在于:(1)患者聽覺或視覺輸入有損傷時（失聰或失明）無法提供必要的信息反饋;(2)某些觸覺信息（如溫度、物體表面粗糙度等）無法用視覺反饋進行替代。因此嘗試在神經信號控制外部設備時，將外界信息以皮層微電刺激形式反饋回

2、大腦，構成閉環(huán)控制系統(tǒng)，有利于實驗動物對外部設備進行更精確地控制，實現大腦與外界之間直接進行信息雙向交互。
　　本文以大鼠為研究對象，以皮層微電刺激作為信息反饋方式構建閉環(huán)控制系統(tǒng)為研究目標，提出了大鼠利用神經元發(fā)放狀態(tài)控制機械手，并以不同電流強度電刺激反饋外界溫度的實驗方案。實驗探究了大鼠對不同參數電刺激輸入的區(qū)分能力，實現了大鼠利用腦電控制機械手運動，同時完成了皮層微電刺激在腦機接口中的應用研究，驗證了將電刺激作為信息反饋方式

3、的可行性以及電刺激信息反饋的有效性。具體內容包括:
　　1)搭建了基于大鼠皮層微電刺激反饋的閉環(huán)控制研究平臺。平臺可實時采集大鼠行為學信號和神經元發(fā)放信息，進行在線分析處理，控制外部設備運動狀態(tài)，同時對實驗結果進行實時可視化顯示。
　　2)分別進行了基于大鼠的腦→機控制實驗以及機→腦的皮層微電刺激區(qū)分實驗，為后期進行皮層微電刺激在腦機接口的應用研究奠定基礎。首先進行了電刺激區(qū)分訓練，從行為學和電生理兩個角度探究了大鼠對不同電

4、流強度電刺激的區(qū)分能力，驗證了電刺激作為信患輸入方式的可行性。其次進行了大鼠利用神經元發(fā)放狀態(tài)控制機械手的實驗任務，分析了大鼠對運動皮層神經元發(fā)放率的調節(jié)能力。
　　3)進行了皮層微電刺激反饋在腦機接口中的應用研究。在大鼠利用腦電控制機械手的同時將外界不同溫度以皮層微電刺激形式反饋給大鼠。通過對大鼠行為學結果地分析，探究閉環(huán)控制系統(tǒng)的可行性以及電刺激在其中的信息反饋作用。
　　本文的特點在于將不同電流強度的皮層微電刺激與外界