《腦低頻振盪信號的神經和代謝機制研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由劉亞東擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：腦低頻振盪信號的神經和代謝機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉亞東
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本研究以SD大鼠運動感覺皮層和貓初級視覺皮層為實驗模型，採用內源光學功能成像、微電極陣列、雷射都卜勒等作為觀測手段，研究腦皮層內源性低頻振盪的形成、維持以及多腦區同步機制。重點研究：(1)低頻振盪的時空分布在去氧血紅蛋白濃度、血流量、局部場電位、神經元群發放等信號中的異同；(2)採用因果分析等技術研究低頻振盪的神經代謝機制，明確利用代謝的低頻振盪信號進行功能連線研究的合理性；(3)抑制性中間神經元在局部皮層振盪形成和維持過程中的作用，得到從種子點到最終腦功能區內大範圍同步過程中抑制性神經元活動的時空擴散過程；抑制性中間神經元在多腦區振盪同步中的作用；(4)探索外界刺激對低頻振盪可能的調製途徑，重點研究運動感覺通道刺激強度、視覺通道特徵捆綁對低頻振盪呈現和同步可能的調製。研究對於腦功能連線、皮層信息處理及編碼等科學問題具有理論和實踐意義。
結題摘要
研究大鼠運動感覺和視覺皮層內源低頻振盪信號的時空頻模式以及在代謝和神經電信號層面上振盪信號的因果關係。具體做法是：使用格蘭傑因果模型分析了大鼠體感和視覺皮層血流速度、局部場電位和神經元放電序列三者之間的因果關係。這三種信號由雷射都卜勒血流儀和微電極陣列同時記錄得到。結果發現在 0.1Hz附近，三者有顯著的因果關係，局部場電位和神經元放電序列是因，血流速度是果。而且，局部場電位與血流之間的因果關係強度要大於神經元放電序列與血流之間的因果關係強度。這些結果說明，自發 LFO 有可能來源於神經活躍性特別是局部場電位。據我們所知，該研究第一次探求了血流、局部場電位和神經元放電序列之間的格蘭傑因果關係，並發現在 0.1Hz附近神經活躍性與血液動力學信號之間有顯著的格蘭傑因果關係，神經活躍性特別是局部場電位是 LFO 的生成原因。該結果有可能為自發 LFO 來源於神經活躍性這一觀點提供支持，從而進一步為靜息態 fMRI 研究提供理論依據。 研究了人體視覺與觸覺通道的事件相關電位信號，特別是周期性相關信號的時空頻特徵，探索了振盪信號與刺激事件在時間和空間上的鎖定關係。將上述研究成果套用於腦機互動範式設計中，系統提升了互動的效率並降低了認知負荷。設計了基於人體觸覺通道的腦機接口系統方案，並進行了軟硬體系統實現，最後利用該方案，成功誘發了觸覺P300信號和穩態觸覺誘發振盪信號。該方案可作為一種獨立於視覺通道之外的腦機接口信息傳輸通路。提出了一種基於圖像分割方法和雙層選擇的P300範式(image segmentation and two-step based paradigam，IST)的目標選擇方法，提高腦機接口系統對真實環境下的目標的選擇能力。探索了基於BCI的多移動目標選擇技術，將基於穩態視覺誘發電位 (SSVEP) BCI技術拓展到移動目標選擇套用中。整體思路是通過目標檢測和跟蹤算法得到每一時刻視頻中各目標的坐標信息，再將刺激物疊加顯示在目標上，被試通過直接注視目標完成目標選擇。設計的SSVEP動態範式目標選擇平均正確率達到84.37%，平均單次目標選擇時間為3.48s，說明將SSVEP範式嵌入到動態的移動目標選擇過程中總體是可行的，可以套用到更多場景中。
