18639

۱۸۶۳۹

تخمين موقعيت اندام از ثبت‌هاي گرفته شده از اعصاب‌آوران و نخاع

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي - بيوالكتريك

مهر ماه ۱۳۹۶

دكتر عباس عرفانيان اميدوار

برق

استفاده از كنترل حلقه بسته در پروتزهاي تحريك الكتريكي كه براي بازتواني حركتي استفاده مي شوند، نياز به سيگنال فيدبك از موقعيت اندام را ضروري مي كند. هدف ما اين بوده است كه امكان استفاده از ثبتهاي نواحي حسّي داخل نخاع به منظور استخراج اطلاعات حركتي را بررسي كنيم. بدين منظور براي آشنايي با نحوه ي صحيح ثبت خارج سلولي و پردازش آن، آزمايشهايي بر روي موش صحرايي انجام داده شد. سپس، آزمايشهاي اساسي بر روي پنج گربه صورت پذيرفت. در كارهاي گذشته، اطلاعات حركتي، يعني زواياي اندام پشتي حيوان، از طريق ثبت از نورونهاي حس عمقي در گره ريشه ي پشتي استخراج شده است. ما در اين پژوهش، تا آنجايي كه مي دانيم براي اوّلين بار، اطلاعات حركتي را از ثبت داخل نخاع، يعني شاخ پشتيِ ماده ي خاكستريِ نخاع استخراج نموده ايم. بدين منظور، اندام پشتي حيوان را در حالت بيهوش با الگويي شبيه به الگوي طبيعي راه رفتن حركت داديم و به طور همزمان موقعيتهاي نشانگرهاي چسبانده شده بر روي مفاصل پا و همچنين سيگنالهاي الكتريكيِ شاخ پشتي نخاع را ثبت كرديم. سپس از اين اطلاعات براي ايجاد يك مدل رياضي براي رمزگشايي سيگنالهاي عصبي به منظور تخمين زواياي پاي حيوان استفاده شد. به منظور بهبود عملكرد رمزگشايي، ما به طور همزمان از دو ويژگيِ نرخ آتش و فاصله ي بين اسپايكيِ پيوسته استفاده نموديم. به منظور ادغام اطلاعات حاصل، يك شبكه ي عصبيِ انباره اي ايجاد كرديم. همچنين تخمين حاصل از استفاده ي تنها از نرخ آتش يا فاصله ي بين اسپايكي، هم آورده شده است. نتايج، نشاندهنده ي اين است كه در هر صورت رمزگشايي با دقت بالايي، تا حد 5/6 درصد، براي خطاي ريشه ي ميانگين مربعاتِ نرمال شده، صورت مي گيرد و ضمناً تركيب اطلاعات نرخ آتش و فاصله ي بين اسپايكي در شبكه ي انباره اي موجب ارتقاء رمزگشايي شد. همچنين، اثر مرتب كردن اسپايكها را بررسي كرده ايم كه نتايج نشاندهنده ي اثربخشيِ اندك اين مرحله پردازش اطلاعات عصبي است (12/0p=).

1396/12/06

12/16/2017 12:00:00 AM

The use of closed loop control in the electrical stimulation prostheses used for motor rehabilitation requires the need for a feedback signal from the position of the limbs. Our goal is to investigate the possibility of using the sensory regions of the spinal cord in order to extract the motion information. For this purpose, experiments were performed on rats to get acquainted with the correct extracellular recording and processing. Then, basic experiments were carried out on five cats. In past works, motion information, ie, the angles of an animal's leg, has been extracted through the recording of proprioceptive neurons in the dorsal horn gangili. In this study, as far as we know, for the first time, we extracted the motion information from the spinal cord, the dorsal horn of the spinal cord gray mater. For this purpose, we moved the animal's hind limb in an anesthetized state with a pattern similar to the normal walking pattern and simultaneously recorded the position of the markers attached to the leg joints as well as the electrical signals of the spinal cord. Then, this information was used to create a mathematical model for decoding neural signals in order to estimate the angles of the animal's feet. In order to improve decoding performance, we simultaneously utilized two features, namely fire rate and continuous inter-spike intervals. In order to integrate the resulting information, we constructed a neural network. Also, estimates have been made by using only the fire rate or inter-spike intervals. The results indicate that, in any case, the decoding is carried out with a high accuracy of up to 6.5 percent for the normalized root mean square error, and also the combination of the fire rate and the inter-spike interval in the stack network improved decoding. We also examined the effect of spike sorting, which results indicate a negligible effectiveness of this stage in processing neural data (p = 0.12)