解碼動(dòng)物轉(zhuǎn)向行為的ICA-小波特征提取方法

董芳芳，尚志剛，劉新玉，萬 紅

(鄭州大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

解碼動(dòng)物轉(zhuǎn)向行為的ICA-小波特征提取方法

董芳芳，尚志剛，劉新玉，萬 紅

(鄭州大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

針對(duì)提取局部場(chǎng)電位(LFP)用于運(yùn)動(dòng)意圖解碼的特征時(shí)，存在LFP信噪比低、編碼時(shí)間窗難以確定等問題，提出了一種結(jié)合獨(dú)立成分分析(ICA)與小波分解的特征提取方法，用于動(dòng)物轉(zhuǎn)向行為的神經(jīng)信息解碼. 首先結(jié)合動(dòng)物運(yùn)動(dòng)行為視頻與LFP信號(hào)時(shí)頻分析方法，確定編碼時(shí)間窗的范圍；然后用ICA對(duì)時(shí)間窗內(nèi)的LFP進(jìn)行去噪處理，提高LFP信噪比；接著利用小波分解進(jìn)一步確定LFP編碼頻帶，并通過滑窗方法計(jì)算頻帶內(nèi)的時(shí)序能量，構(gòu)建編碼特征；最后采用k近鄰方法對(duì)編碼特征進(jìn)行分類，驗(yàn)證其解碼性能. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用提出的特征提取方法，經(jīng)過1 000次交叉互驗(yàn)證，分類正確率達(dá)到(92.35±5.87)%，能夠準(zhǔn)確穩(wěn)定地解碼動(dòng)物的轉(zhuǎn)向行為.

局部場(chǎng)電位；獨(dú)立成分分析；小波分解；時(shí)頻分析

0 引言

局部場(chǎng)電位(Local Field Potential, LFP)是由大量神經(jīng)元突觸活動(dòng)引起的，反映了大腦局部區(qū)域神經(jīng)元集群的綜合電活動(dòng)，具有較好的長(zhǎng)期解碼穩(wěn)定性，而將其應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)解碼的研究具有很大的應(yīng)用潛力，正逐漸成為神經(jīng)科學(xué)研究新的熱點(diǎn)．Arjun等[1]用在猴子初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層和腹側(cè)前運(yùn)動(dòng)皮層采集到的低頻局部場(chǎng)電位信號(hào)，解碼出了猴子抓握運(yùn)動(dòng)軌跡．Tomislav等[2]對(duì)猴子抓握運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行解碼研究發(fā)現(xiàn)，在運(yùn)動(dòng)計(jì)劃和執(zhí)行階段LFP多個(gè)頻帶共同編碼了運(yùn)……