基于匹配小波变换的大鼠初级视皮层神经元锋电位分类

论文摘要

视觉刺激与神经元响应映射关系的研究对于揭示视觉信息在大脑中的编码和传递机制意义重大,本文采用嵌入式微电极阵列采集大鼠视觉刺激下的初级视皮层(V1区)神经元锋电位信号,因每个电极尖端通常会记录到多个神经元的叠加信号,需要将不同神经元的锋电位分开,确定各个神经元的锋电位序列,以便后续对其响应特性进行分析。目前虽有多种锋电位分类方法,但仍存在不足之处,有必要进一步研究。基于以上背景,本文设计了V1区神经元光栅刺激下锋电位信号的采集方案,提出了一种基于匹配小波变换的锋电位分类方法,并将其用于对大鼠V1区神经元朝向选择性的研究中。具体内容如下：(1)根据大鼠的视觉特点及视皮层感受野特性,基于实验平台设计了视觉刺激模式；通过综合分析和具体实验验证,设计出了实验方案,采集到了大鼠V1区神经元在光栅刺激下的锋电位信号。(2)对目前常用的模板匹配、主成分分析和基于小波变换的锋电位分类方法进行了分析研究,对其优缺点进行了总结,并针对这三种方法存在的问题提出了一种基于匹配小波变换的锋电位分类方法。(3)详细介绍了本文提出的分类方法的原理和步骤,首先根据锋电位信号的波形特性,依照匹配准则,构造出匹配小波,然后基于匹配小波对锋电位信号进行离散小波变换,获取锋电位信号特征进行聚类,从而实现锋电位分类。通过仿真和对实验记录到的大鼠V1区神经元锋电位的分类,验证了算法的有效性和优越性,并将算法用于大鼠V1区神经元放电序列、放电间隔的获取及对其朝向选择性的初步研究中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图和附表清单
• 1 绪论
• 1.1 本课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本论文的主要工作
• 2 V1区神经元锋电位信号的采集
• 2.1 实验动物的选择及其感受野特征
• 2.1.1 实验动物
• 2.1.2 大鼠的感受野特征
• 2.2 大鼠V1区神经元锋电位信号采集的实验平台
• 2.2.1 手术设备
• 2.2.2 神经元锋电位信号采集设备
• 2.2.3 视觉刺激呈现设备
• 2.2.4 抑制干扰设备
• 2.2.5 锋电位信号检测所用软件
• 2.3 采集方案的设计
• 2.3.1 手术方案
• 2.3.2 刺激模式
• 2.3.3 信号采集
• 3 神经元锋电位分类方法
• 3.1 锋电位信号特征
• 3.2 模板匹配分类方法
• 3.3 主成分分析分类方法
• 3.4 基于小波变换的分类方法
• 3.4.1 离散小波变换
• 3.4.2 基于离散小波变换的锋电位分类方法
• 3.5 聚类分析方法
• 4 基于匹配小波变换的锋电位分类方法
• 4.1 匹配小波构造
• 4.1.1 小波滤波器组的构造
• 4.1.2 匹配准则
• 4.1.3 匹配小波构造算法
• 4.2 基于匹配小波变换的锋电位分类算法
• 5 实验结果分析及匹配小波分类方法的应用
• 5.1 分类效果评价指标
• 5.2 仿真实验分析
• 5.2.1 仿真数据
• 5.2.2 仿真结果分析
• 5.3 实测数据分析
• 5.3.1 实验数据
• 5.3.2 实验结果分析
• 5.4 匹配小波锋电位分类在大鼠V1区神经元特性研究中的应用
• 5.4.1 大鼠V1区神经元的放电序列和放电间隔
• 5.4.2 大鼠V1区神经元朝向选择性探究
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果