多通道局部場(chǎng)電位的PCA特征值對(duì)刺激編碼的研究.pdf

1、研究目的：局部場(chǎng)電位（local Field Potentials，LFPs）是突觸后電位的綜合，以多個(gè)神經(jīng)元的協(xié)同電活動(dòng)表征外界刺激。本論文應(yīng)用主分量分析法研究多通道場(chǎng)電位相關(guān)矩陣的各個(gè)主方向上的特征值，應(yīng)用最大特征值λ1對(duì)刺激的編碼規(guī)律，為研究多通道場(chǎng)電位對(duì)刺激的表達(dá)提供神經(jīng)計(jì)算支持。 研究方法： 1.LFPs的主分量分析：應(yīng)用主分量分析法，研究多通道局部場(chǎng)點(diǎn)位在陽性刺激前后時(shí)域和相位同步變化與外界刺激的特征模式。分

2、別對(duì)全頻段信號(hào)（0-300Hz）、小波分解提取的θ頻段信號(hào)（4-8Hz）和γ頻段信號(hào)（30-60Hz）進(jìn)行時(shí)域上和相位上的同步性的主分量分析，研究最大特征值λ1在刺激前后的變化，以分析多通道LFPs對(duì)刺激的表征。 ①主分量分析：選擇時(shí)間窗50ms，移動(dòng)窗口步長(zhǎng)25ms，計(jì)算n通道信號(hào)的互相關(guān)值，將n×（n-1）/2個(gè)相關(guān)系數(shù)構(gòu)建相關(guān)矩陣，計(jì)算矩陣的特征值λi（i=l，2，...，n），則每一個(gè)特征值對(duì)應(yīng)一個(gè)方向上的特征向量。取最

3、大特征值即第1分量λ1來表征多通道LFPs和外界刺激的關(guān)系。 ②小波分解：采用Daubechies類db4小波作為小波分解的小波基函數(shù)，對(duì)14通道的LFPs進(jìn)行L=8的分解，得到小波分解結(jié)構(gòu)[cA6，cD6，...，cD1]，提取與記憶相關(guān)的θ頻段、γ頻段，分解的頻段分別為4-8Hz、30-60Hz，對(duì)應(yīng)小波分解第8層和第5層。 2.LFPs相位的主分量分析：Hilbert變換：為從相位上考察多通道LFPs對(duì)外界刺激的同

4、步變化模式，應(yīng)用Hilbert變換提取LFPs的瞬時(shí)相位，然后進(jìn)行上述的①、②步驟計(jì)算最大特征值九λ1。 λ1地形圖的繪制：用主分量分析計(jì)算得到的最大特征值λ1的值，繪制地形圖，用來表達(dá)在陽性刺激下多通道LFPs的瞬時(shí)變化模式。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由上海復(fù)旦大學(xué)神經(jīng)生物研究所提供，為陽性刺激和陰性刺激過程的16通道LFPs。經(jīng)過預(yù)處理得到穩(wěn)定記錄的14通道LFPs。在本論文中，分別對(duì)兩類過程中各10次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的刺激前、后各1s的數(shù)

5、據(jù)進(jìn)行多通道信號(hào)同步性變化的主分量分析。 研究結(jié)果：將10次實(shí)驗(yàn)中兩類刺激下刺激前、后1s的16通道LFPs經(jīng)過預(yù)處理以后，獲得14通道的LFPs數(shù)據(jù)，分別在陽性刺激和陰性刺激下的14通道LFPs進(jìn)行主分量分析，以λ1表達(dá)LFPs和LFPs相位同步性對(duì)刺激的編碼， 結(jié)果如下： 對(duì)兩類過程中各10次刺激的刺激前1s后1s的數(shù)據(jù)計(jì)算λ1值，10次刺激的計(jì)算結(jié)果如下： （1）LFPs同步性編碼刺激： ①

6、.14通道12Ps在陽性刺激下，刺激后1s的λ1的值0.56±0.13，刺激前1s值0.4±0.10，（P<0.05）。陰性刺激下刺激前1s后值0.42±0.09，刺激前1s值為0.41±0.10。 ②.θ頻段：陽性刺激下刺激后1sλ1值0.64±0.18，刺激前1s值0.41±0.12，（P<0.01）。陰性刺激下刺激后1s值為0.40±0.12，刺激前1s值為0.39±0.12。 ③.γ頻段：陽性刺激下刺激后1sλ1

7、值0.60±0.13，刺激前1s值0.43±0.10，（P<0.05）。陰性刺激下刺激后1s值為0.48±0.09，刺激前1s值0.46±0.10。 （2）多通道LFPs相位同步模式編碼刺激： ①.14通道LFPs在陽性刺激下刺激后1s相位同步的λ1值0.39±0.09，刺激前1s值0.27±0.08，（P<0.05）。陰性刺激下，刺激后0.31±0.08，刺激前0.2±0.09。 ②.θ頻段的相位：陽性刺激下刺

8、激后1sλ1值0.50±0.17，刺激前1s值0.30±0.11，（P<0.01），陰性刺激下刺激后1s值0.30±0.11，刺激前1s值0.29±0.11。 ③.γ頻段的相位：陽性刺激下刺激后1sλ1值0.48±0.11，刺激前1s值0.35±0.08，（P<0.05）。陰性刺激下刺激后1s值為0.36±0.08，刺激前1s值0.35±0.09。 研究結(jié)論：本論文應(yīng)用主分量分析法對(duì)陽性和陰性刺激下多通道LFPs對(duì)外界刺