大鼠前肢运动的神经解码策略研究
批准号:
61305147
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
于毅
依托单位:
学科分类:
F0609.认知与神经科学启发的人工智能
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
王玉峰、李明彩、张业宏、秦鑫、徐晓婕、刘贝
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中文摘要
植入式脑机接口是将电极植入人或动物的大脑皮层,获得神经元发放模式的信息,并且利用该信息来修复人或动物的感觉、运动等功能。目前,该研究已经成为生命科学的研究热点,并且取得了重大突破,但是在神经解码方面的研究仍面临巨大的挑战。本项目拟以大鼠为研究对象,研究基于运动皮层神经元锋电位序列的解码方法。针对现有解码方法受限于线性、静态的假设,建立基于广义回归神经网络的解码方法,实现非线性、动态的神经解码,提高传统线性、静态的解码效率;针对目前的单层解码策略,提出两层神经解码策略,并由两种较易实现的方法来完成,降低解码过程的计算消耗,并能够同时解码离散和连续运动;为了将各个神经元对运动信息的调制能力都达到最大化,本项目提出基于精细时移的神经解码策略,进一步改进解码模型的预测效果和效率,通过本项目的研究,期望获得高效、新颖的神经解码策略,为深入了解大脑的信息编码和运动控制机制奠定基础。
英文摘要
The implantable brain computer interface implanted electrodes in thecerebral cortex of human or animal to get the neural firing information, and used this information to restore the sensory and motor functions of the human or animal. At present, the study has become research focus of information field, and has made major breakthrough. However,it still faces huge challenge in neural decoding. In this project, rat's forelimb movement is studied, and decoding algorithms based on spike trains are proposed. Limited by linear and static assumptions, the existing method for decoding doesn't perform well. Neural decoding method based on general regression neural network is established to achieve non-linear, dynamic neural decoding, and improve the efficiency of traditional linear, static decoding method; two-stage decoding strategy is proposed and achieved by two easy methods.This strategy is aimed to reduce the calculation consumption in the decoding process, and decode discrete and continous movement simultaneously; neural decoding method based on precise time shift is proposed to further improve the decoding efficiency. This method enlarges neuron's modulation capabilities of the movement information. Efficient and novel neural decoding strategies will be realized through this research, and this will be useful for understanding the brain information coding mechanisms and movement control basis.
随着神经集群信号采集方法的进步,基于脑神经元锋电位脉冲序列的脑机接口技术成为研究的热点,而实现该技术的关键在于如何准确地从神经信号中提取出神经元锋电位序列,以及如何建立有效的解码算法从神经元锋电位序列中解析出运动信息。课题以大鼠为研究对象,基于慢性神经集群记录和神经信号与运动信号同步采集与分析的研究平台,开展了大鼠前肢运动的神经解码研究,并在外部设备及人类精神疾病方面进行了应用研究。课题的主要工作主要有:.(1)提出基于概率神经网络的神经解码方法,实现了非线性、动态的神经解码。建立了增量式、非线性的神经解码算法,构建了基于GRNN的神经解码模型,并将其用于大鼠压杆任务中的压力解码。实验结果表明,该模型的表现优于维纳滤波,FFBP,卡尔曼滤波等方法;又由于其在模型更新上的计算消耗较低以及其结构上的自然并行性,有希望成为一种实用的解码模型。.(2)提出两层的解码策略,相比于传统的单层解码策略,无论从解码准确度还是计算消耗上都具有明显的优势,而且该解码策略能够同时应用于解码离散和连续运动。提出基于精细时移的神经解码策略,对解码之前的预处理过程进行了改进,,进一步降低了解码过程的计算消耗。.(3)开展仿生手的结构建模与分析,在对仿生手及其控制源的研究现状进行深入分析总结基础上,对仿生手的结构进行了优化设计、建立模型,并对其性能进行了分析,并对其应用于脑机接口技术下的整个系统进行了构建及模拟仿真。.(4)初步探索了运动想象及精神分裂症患者脑电分析方法研究,精神分裂症是一种严重的精神类疾病,大多数患者都存在广泛的认知功能障碍,而执行功能障碍是最主要的认知障碍。根据脑电信号的非线性又非稳定性的特点以及脑电信号不同波段信号所代表的生理意义不同,本研究对首发精神分裂症患者组和健康对照组在三种冷执行任务下多个导联Theta波段Alpha波段、Beta波段和整体脑电信号分别提取了三种非线性动力学特征,并进行了统计学分析和特征分类,取得了较好的区分度。.
期刊论文列表
专著列表
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会议论文列表
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DOI:--
发表时间:2017
期刊:Biomedical Research
影响因子:--
作者:李素蕊;史丽娟;李振新;董兵超
通讯作者:董兵超
DOI:--
发表时间:2015
期刊:生物医学工程研究
影响因子:--
作者:刘晗;李振新;于毅;董兵超
通讯作者:董兵超
DOI:--
发表时间:--
期刊:数字技术与应用
影响因子:--
作者:王昌;刘艳
通讯作者:刘艳
DOI:--
发表时间:--
期刊:激光杂志
影响因子:--
作者:吴朋;高凤梅;于毅;王林泓
通讯作者:王林泓
DOI:--
发表时间:2016
期刊:电子设计工程
影响因子:--
作者:崔桂雪;于毅;董兵超;李振新
通讯作者:李振新
生命健康领域科学基金成果分类及应用机制研究
- 批准号:J2124020
- 项目类别:--
- 资助金额:35.00万元
- 批准年份:2021
- 负责人:于毅
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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