28247

رمزگشايي موقعيت موش صحرايي با استفاده از سيگنال هاي مغزي ناحيه هيپوكامپوس

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي- بيوالكتريك

1399

1401/12/23

محمد رضا دليري

دانشكده مهندسي برق

توسعه روش‌هاي رمزگشايي عصبي كارآمد براي بازسازي موقعيت حيوانات در محيط‌هاي واقعي يا مجازي مي‌تواند بازخواني سريع بازنمايي‌هاي فضايي در آزمايش‌هاي علوم اعصاب حلقه بسته را فراهم كند. به نظر مي¬رسد كه استفاده از امواج مغزي ناحيه هيپوكامپوس اين امكان را براي ما به وجود مي¬آورد كه موقعيت را رمزگشايي كنيم. در ميان ثبت هاي مختلف مغزي، سيگنال پتانسيل محلي به دليل ثبات، استحكام و محتواي فركانسي، در مطالعات ساختار مغز، فرآيند¬هاي شناختي و سيستم هاي واسط مغز و كامپيوتر مورد توجه قرار گرفته است. امروزه تزويج متقابل فركانس به عنوان يكي از استراتژي هاي كدگذاري اطلاعات در مغز مطرح است كه مي¬تواند نقش مهمي در ادراك، حافظه و توجه داشته باشد. با اين حال نقش عملكردي آن به منظور رمزگشايي موقعيت با استفاده از LFP كم تر مورد مطالعه قرار گرفته است. در اين پژوهش رمزگشايي موقعيت 3 موش صحرايي با استفاده از LFP ثبت شده از ناحيه هيپوكامپوس مورد بررسي قرار گرفته است. بدين منظور از ويژگي هاي تزويج فاز-فاز، تزويج فاز-دامنه و تزويج دامنه-دامنه و شبكه هاي عصبي بهره گرفته شده¬است. نتايج نشان مي¬دهد كه با ويژگي تزويج فاز-دامنه و شبكه عصبي پرسپترون، بهترين عملكرد رمزگشايي حاصل شده¬است و با استفاده از اين ويژگي ها توانستيم موقعيت موش ها را با ضريب همبستگي 96.2 ،98.2 و 98.2 درصد پيش¬بيني كنيم و همچنين تزويج دلتا-گاما بالا، آلفا-گاما بالا و دلتا-تتا حاوي بيشترين اطلاعات شناختي و موثرترين ويژگي ها در بهبود عملكرد رمزگشايي موقعيت مي¬باشند. نتايج نشان مي¬دهد كه تزويج بين باندهاي فركانسي سيگنال هاي LFP حاوي اطلاعات قابل توجهي هستند و مي¬تواند جهت رمزگشايي موقعيت مورد استفاده قرار گيرد.

1402/02/27

Decoding the position of the rat using hippocampal brain signals

3/13/2024 12:00:00 AM

The development of efficient neural decoding methods to reconstruct the position of animals in real or virtual environments could provide rapid readout of spatial representations in closed-loop neuroscience experiments. It seems that the use of hippocampus brain waves makes it possible for us to decode the situation. Among different brain recordings, the local field potential signal has been considered in studies of brain structure, cognitive processes, and brain-computer interface systems due to its stability, robustness, and frequency content. Nowadays, cross-frequency coupling is considered as one of the information encoding strategies in the brain, which can play an important role in perception, memory and attention. However, its functional role for position decoding using the LFP has been less studied. In this research, the decoding of the position of 3 rats using the LFP recorded from the hippocampus region has been investigated. For this purpose, the characteristics of phase-phase coupling, phase-amplitude coupling and amplitude-amplitude coupling and neural networks have been used. The results show that with the feature of phase-amplitude coupling and perceptron neural network, the best decoding performance has been achieved and by using these features, we were able to predict the position of rats with a correlation coefficient of 96.2, 98.2 and 98.2% and Also, the coupling of high delta-gamma, high alpha-gamma and delta-theta contains the most cognitive information and the most effective features in improving the position decoding performance. The results show that the coupling between the frequency bands of LFP signals contains significant information and can be used to decode the position.

رمزگشايي موقعيت , پتانسيل ميدان محلي , تزويج باند هاي فركانسي , پرسپترون چند لايه

position decoding , local field potential , cross frequency coupling , Multi Layer Perceptron

Farnaz Rakjah

Dr. Daliri