獼猴運動皮層中局部場電位信號的長期穩(wěn)定性及其同側(cè)運動解析.pdf

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

2、局部場電位信號中也蘊含著豐富的運動信息，但其長期穩(wěn)定性相對研究較少。另外，不同頻段的局部場電位信號對同側(cè)肢體運動的信號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接口平臺，在三只獼猴進行四方向center-out實驗時，使用Blackrock的硅陣列電極同步記錄獼猴初級運動皮層和背側(cè)運動前區(qū)中的神經(jīng)信號，從神經(jīng)信號特征、神經(jīng)信號與運動信號間的相關(guān)性以及神經(jīng)信號解碼三個方面對局部場電位信號的長期穩(wěn)定性及其對于同側(cè)運動信

3、息的解析進行了分析和研究。結(jié)果表明在長期穩(wěn)定性方面，相對于神經(jīng)元鋒電位信號，局部場電位信號記錄質(zhì)量衰減緩慢，能夠維持相對更久的運動方向信息。在神經(jīng)元鋒電位信號記錄質(zhì)量較差時，局部場電位信號能夠表現(xiàn)出更好的解碼性能。特別地，在整個神經(jīng)電極陣列記錄不到神經(jīng)元鋒電位信號時，局部場電位信號仍然能夠提供一定的解碼信息。在同側(cè)運動表征與解析方面，多個頻段的局部場電位信號表征了同側(cè)肢體的運動信息。同時，同一神經(jīng)信號表現(xiàn)出與對側(cè)運動時顯著不同的偏好方向

4、。解碼結(jié)果表明多個頻段能夠精確解析同側(cè)肢體的運動信息，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)元鋒電位信號記錄質(zhì)量較差時的局部場電位信號的解碼性能，并對不同頻段的局部場電位信號對同側(cè)肢體運動的信息表征及其解析進行了深入研究。主要創(chuàng)新點在于:(1)在四方向center-out運動范式上，從信號特征、方向性調(diào)諧和離線解碼性能三個方面證實了局部場電位信號具有比神經(jīng)元鋒電位信號更好的長期穩(wěn)定性;(2)研究了神

5、經(jīng)元鋒電位信號記錄質(zhì)量在嚴重衰減甚至完全消失時，局部場電位信號在四方向分類解碼上仍具有一定的生理意義;(3)研究表明多個頻段的局部場電位信號蘊含同側(cè)肢體運動的有效信息，尤其在200～400 Hz頻段信號的解碼性能相對較好，四方向的分類正確率最高。
　　本文通過對局部場電位信號的長期穩(wěn)定性及其對于同側(cè)肢體運動信息表征和解析的研究表明，大腦運動皮層的局部場電位信號同樣蘊含豐富的肢體運動信息，可以作為一種穩(wěn)定的神經(jīng)信號源，相關(guān)研究結(jié)果將