基于大鼠皮層微電刺激反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn).pdf

1、腦機(jī)接口技術(shù)旨在實(shí)現(xiàn)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(yùn)動或感覺功能提供一種潛在的解決方案。目前主要的腦機(jī)接口技術(shù)是利用大腦的神經(jīng)信號控制外部機(jī)械設(shè)備，外界信息多用視覺或聽覺等自然感覺進(jìn)行反饋。這類反饋方式的缺點(diǎn)在于:(1)患者聽覺或視覺輸入有損傷時(shí)（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(jìn)行替代。因此嘗試在神經(jīng)信號控制外部設(shè)備時(shí)，將外界信息以皮層微電刺激形式反饋回

2、大腦，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，有利于實(shí)驗(yàn)動物對外部設(shè)備進(jìn)行更精確地控制，實(shí)現(xiàn)大腦與外界之間直接進(jìn)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(gòu)建閉環(huán)控制系統(tǒng)為研究目標(biāo)，提出了大鼠利用神經(jīng)元發(fā)放狀態(tài)控制機(jī)械手，并以不同電流強(qiáng)度電刺激反饋外界溫度的實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)探究了大鼠對不同參數(shù)電刺激輸入的區(qū)分能力，實(shí)現(xiàn)了大鼠利用腦電控制機(jī)械手運(yùn)動，同時(shí)完成了皮層微電刺激在腦機(jī)接口中的應(yīng)用研究，驗(yàn)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(nèi)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(shí)時(shí)采集大鼠行為學(xué)信號和神經(jīng)元發(fā)放信息，進(jìn)行在線分析處理，控制外部設(shè)備運(yùn)動狀態(tài)，同時(shí)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化顯示。
　　2)分別進(jìn)行了基于大鼠的腦→機(jī)控制實(shí)驗(yàn)以及機(jī)→腦的皮層微電刺激區(qū)分實(shí)驗(yàn)，為后期進(jìn)行皮層微電刺激在腦機(jī)接口的應(yīng)用研究奠定基礎(chǔ)。首先進(jìn)行了電刺激區(qū)分訓(xùn)練，從行為學(xué)和電生理兩個(gè)角度探究了大鼠對不同電

4、流強(qiáng)度電刺激的區(qū)分能力，驗(yàn)證了電刺激作為信患輸入方式的可行性。其次進(jìn)行了大鼠利用神經(jīng)元發(fā)放狀態(tài)控制機(jī)械手的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，分析了大鼠對運(yùn)動皮層神經(jīng)元發(fā)放率的調(diào)節(jié)能力。
　　3)進(jìn)行了皮層微電刺激反饋在腦機(jī)接口中的應(yīng)用研究。在大鼠利用腦電控制機(jī)械手的同時(shí)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(xué)結(jié)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?zhàn)饔谩?br>　　本文的特點(diǎn)在于將不同電流強(qiáng)度的皮層微電刺激與外界