基于初級運動皮層神經(jīng)接口的運動控制機(jī)制探索及運動辨識.pdf

1、隨著微電極制造及多通道神經(jīng)信號記錄技術(shù)的不斷發(fā)展，從生物體提取神經(jīng)元放電活動，并將其同計算機(jī)等外部裝置連接通訊的神經(jīng)接口系統(tǒng)正受到越來越多的關(guān)注。本文基于靈長類動物神經(jīng)接口，針對初級運動皮層，對靈長類動物的自適應(yīng)運動神經(jīng)控制機(jī)制以及運動辨識進(jìn)行了深入探究。
　　論文探究了猴子在不同干擾任務(wù)條件下的自適應(yīng)運動控制的神經(jīng)機(jī)制。提出在猴子自適應(yīng)運動過程中，初級運動皮層存在一種動態(tài)經(jīng)濟(jì)性神經(jīng)元調(diào)配機(jī)制，通過改變調(diào)制運動方向和角度的神經(jīng)元個

2、數(shù)完成不同條件下的運動任務(wù)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合我們先前關(guān)于猴子行為學(xué)數(shù)據(jù)的分析，提出一個適用于類似任務(wù)的自適應(yīng)運動控制框架假設(shè)，將行為運動水平上的經(jīng)濟(jì)性與神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞水平上的經(jīng)濟(jì)性納入同一框架，揭示了生物自適應(yīng)運動中的經(jīng)濟(jì)性原則，符合生物進(jìn)化的基本方向。
　　基于初級運動皮層神經(jīng)元放電信號，利用常用的模式識別算法，對猴子的運動意圖進(jìn)行辨識。發(fā)現(xiàn)在解碼不同的運動變量時，選擇合適的神經(jīng)元對于解碼效果影響很大；同時，不同類別神經(jīng)元對不同變

3、量解碼的差異也證實了基于雙因素方差分析對神經(jīng)元進(jìn)行功能分類的有效性。此外，基于合適的神經(jīng)元在運動真正實施之前的運動準(zhǔn)備階段就能較為準(zhǔn)確地提取運動意圖，這對智能假肢的神經(jīng)控制具有重要意義。
　　論文還使用經(jīng)典的卡爾曼濾波算法對猴子手的運動軌跡進(jìn)行跟蹤。通過選擇合適的神經(jīng)元活動和運動軌跡，用最小二乘和極大似然估計對模型中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行估計，構(gòu)建猴子手運動軌跡的卡爾曼濾波模型。結(jié)果表明采用構(gòu)建的卡爾曼濾波器可以有效實現(xiàn)對猴子手運動軌跡的