[01192380]鸟类多通道神经信号检测处理技术及设备创制

鸟类具有卓越的空间导航和认知能力,对于导航、认知、记忆等神经机制研究以及仿生工程都具有重要价值。多通道高密度微电极阵列作为大脑神经信号检测的主流手段已在哺乳动物中得到了广泛应用。由于鸟类与哺乳类在解剖结构、行为习性等方面存在诸多差异,使得鸟类多通道神经信号检测与处理技术还不成熟。2012年以来,该项目以鸽子为模式动物,针对多通道微弱信号处理,在鸽子微电极植入、神经信号检测、神经信号处理及其相关设备创制等方面进行了开创性研究,具体创新点如下：1.研制了鸽子脑立体定位装置和微电极植入深度动态可调装置,解决了微电极阵列的精准定位问题,为在体神经信号可靠检测和长期稳定记录提供了保障。针对鸟类头部独特解剖学结构,采用四点定位方法,独创了一种专用于鸽子的脑立体定位装置,实现了微电极阵列植入的精确定位;针对微电极阵列慢性植入方式,采用模块化设计,制作了一种微电极植入深度动态可调装置,提高了电极植入的成功率,延长了神经信号有效采集时间。2.针对鸽子神经信号特性,从上游的信号去噪、分类到下游的神经信息解码搭建了完整的处理体系,对于神经信息处理机制解析具有重要应用价值。针对高频锋电位信号特点,提出了锋电位检测、去噪、分类、分类质量评估等一系列算法,效果良好;针低频局部场电位信号特点,提出了自适应共同平均参考算法,对于工频干扰和电极间相关噪声的去除效果显著;在神经信息解码方面,提出了神经元功能网络特征的LOO-kNN解码算法,提高了慢性植入方式的神经信息解码正确率。3.搭建了多通道微电极阵列神经信号读取与处理系统,采用数据批处理方式,大幅提高了数据读取和处理效率。该系统采用模块化设计,具有强大的普适性和可扩展性,而且处理功能丰富。该成果共发表相关论文18篇,授权发明专利5项,软件著作权1项,提高了鸟类多通道神经信号检测与处理水平,为后续神经信息处理机制的解析奠定了基础,具有较高实用价值和经济社会效益。