شماره ركورد
28950
پديد آورنده
سعيد سنگ سفيدي
عنوان
ارزيابي كوپلينگ بين اسپايك و فاز پتانسيلهاي ميدان محلي در ناحيه حركتي كورتكس مغز ميمون
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي پزشكي-بيوالكتريك
سال تحصيل
1399
تاريخ دفاع
1402/6/29
استاد راهنما
دكتر محمدرضا دليري
دانشكده
برق
چكيده
فهم چگونگي كد گذاري عصبي يك موضوع مهم در هر قسمت از مغز ميباشد. از گذشته تا كنون كارهاي زيادي با استفاده از سيگنالهاي عصبي اسپايكي و پتانسيلهاي ميدان محلي (LFP) صورت گرفته است و نيز در سالهاي اخير كشف شده است كه ارتباط اين دو سيگنال نيز حاوي اطلاعات است. يكي از ارتباطات مورد بررسي اين دو سيگنال، هماهنگي زماني بين وقوع اسپايك و فاز سيگنال LFP است. اين هماهنگي زماني در نواحي مختلف مغز انسان و حيواناتي مانند موش و ميمون بررسي شده است ولي در نواحي حركتي كمتر شناخته شده است. به همين منظور، در اين پروژه از يك پايگاه داده كه شامل انجام يك وظيفه حركتي و اعمال نيرو بود، استفاده شد و در بخشهاي مختلف آن به بررسي ارتباط زماني اسپايك و فاز سيگنال LFP (ثبت شده از ناحيه حركت اوليه) در زمانهاي مختلف و باندهاي مختلف فركانسي سيگنال LFP با روش قفل فاز پرداخته شد. همانطور كه در كارهاي مشابه مشاهده شده بود، در باند بتا، عدم هماهنگي در فاز حركتي ديده ميشود ولي با توجه به مراحلي كه حركتي وجود ندارد و در زمان اعمال نيرو، اين نتيجه تثبيت ميشود كه در بازهاي كه ميمون حركت داشته است، عدم هماهنگي بين اسپايك و فاز پتانسيل ميدان محلي در محل وقوع اسپايك وجود دارد. با توجه به نتايج باند دلتا، مشاهده ميشود كه حين اعمال نيرو، هماهنگي زماني بين اسپايك و فاز LFP افزايش يافته است، يعني ميتوان گفت كه تعدادي از نورونهاي اين ناحيه نسبت به مراحل مختلف وظيفه پاسخ ميدهند و از اين نورونها جهت كلاس بندي نوع گرفتن، نوع نيرو و حالت 4 كلاسه نوع گرفتن-سطح نيرو استفاده شد كه نتايج كلاس بندي با استفاده از ويژگي مقدار كوپلينگ اسپايك به فاز LFP نشان ميدهد كه اين ويژگي ميتواند در بازه فركانسي پايين (1-4 هرتز) و بالا (تقريبا بالاتر از 60 هرتز) در مناطق مختلف از ناحيه حركتي اوليه، نوع گرفتن، نوع نيرو و تفكيك چهار كلاس ذكر شده را با صحتي به ترتيب 90 درصد، 76 درصد و 62 درصد تفكيك كند كه نسبت به دامنه سيگنال LFP برتري دارد ولي نسبت به نرخ آتش خير. بهعلاوه، اين ويژگي نتايجي مشابه با نتايج نرخ شليك و بهتر از دامنه سيگنال LFP در رمزگشايي پيوسته نيروها با ضريب تعيين (r2) برابر 0.61 و حركت دست با ضريب تعيين برابر با 0.81 دارد. بهعلاوه، زمان واكنش ميمونها بيشتر به نوع گرفتن مرتبط است تا سطح نيرو، كه زمان واكنش سريع و كند ميمونها، با ويژگي كوپلينگ اسپايك-فاز LFP با صحت 94 درصد قبل از شروع حركت طبقه بندي شد.
تاريخ ورود اطلاعات
1402/08/06
عنوان به انگليسي
evaluation of coupling between spike and phase of local field potentials in motor area of monkey brain cortex
تاريخ بهره برداري
9/19/2024 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
سعيد سنگ سفيدي
چكيده به لاتين
Understanding neural coding is a pivotal concern across various brain regions. Over the years, extensive research has delved into spiking neural activity and local field potentials (LFP). Recent discoveries have shed light on the informative relationship between these signals. One intriguing facet of this relationship is the temporal coordination between spike occurrences and the phase of LFP signals. While this coordination has been scrutinized in diverse regions of the human brain and in animal models like rats and monkeys, it remains relatively uncharted in motor areas. To address this gap, our project leveraged a freely available database that encompassed force-motor tasks. We meticulously examined the temporal alignment between spike timing and LFP phase in the primary motor cortex across different time points and frequency bands. Notably, our analysis revealed that, within the beta frequency band, there is a notable lack of coordination during movement phases. Conversely, during periods of inactivity and force application, a discernible synchronization between spike occurrences and LFP phases was evident. This observation suggests that, during active movement, there is a deficiency in spike-phase coupling within the local field potential. Furthermore, our exploration of the delta band unveiled an increased temporal coordination between spikes and LFP phases during force application. These findings indicate that certain neurons in this region are responsive to different phases of the task. Subsequently, these neurons were harnessed for classifying grip types, force levels, and a four-class mode that combines grip type and force level. The utilization of spike coupling values in relation to LFP phase yielded remarkable results, demonstrating the potential for accurate classification across a spectrum of frequencies, including low (1-4 Hz) and high frequency ranges (approximately above 60 Hz). The accuracy achieved was 90% for grip type, 76% for force type, and 62% for the four-class mode, albeit slightly lower compared to classification based on firing rates and superior to LFP signal amplitudes. Moreover, this feature exhibited promise in the continuous decoding of forces, achieving an r2 value of 0.61, and hand movements with an r2 value of 0.81. Notably, the monkeys' reaction time was significantly correlated with grip type, which could be classified with 94% accuracy using the spike-LFP phase coupling feature. In conclusion, our study provides insights into the intricate relationship between spiking neural signals and LFP phases within the primary motor cortex, shedding light on their roles in motor control and offering potential applications for classifying and decoding motor-related information.
كليدواژه هاي فارسي
كوپلينگ اسپايك-فاز پتانسيلهاي ميدان محلي , نرخ اسپايك , سيگنال LFP , كلاسبندي , رگرسيون , زمان واكنش
كليدواژه هاي لاتين
Spike-LFP Phase Coupling , Spike rate , Spike, Local Field Potential , Classification , Regression , Reaction Time
Author
Saeid Sang Sefidi
SuperVisor
Mohammad Reza Daliri