Nat BME:局部单个单元主导的低功率神经突峰活动带改善了脑机接口的性能
2020-07-28 MedSci原创 MedSci原创
脑机接口具有治疗许多神经系统疾病和障碍的潜力。 通过将大脑活动转化为用户意图，脑机接口可以为瘫痪者实现自我进食，独立运动和计算机控制
脑机接口临床系统的基本障碍是高带宽神经记录的高功率和计算需求。 因此，现代的高性能解决方案需要与大量的计算机进行经皮连接，以记录，处理和解码神经活动。 这使得现有的临床可植入记录系统（例如闭环深脑刺激植入物）无法替代，因为神经信号是从太少的通道中以太小的带宽进行记录的。
方法：使用来自非人类灵长类动物和大鼠的模拟和体内神经记录，将300–1,000Hz尖峰带的特异性与包含尖峰的信号进行比较。这些模拟表明，SBP主要来自尖峰波形本身，并由其幅度加权，从而产生高度空间特定的信号。此外，仿真表明，尖峰带可以在低于典型阈值的低信噪比（SNR）下提取准确的尖峰信息，使用非人类的灵长类动物中的各种解码任务来评估此主张：重新校准的反馈意图训练（ReFIT）卡尔曼滤波器，以控制一维食指和中环小（MRS）手指处于闭环状态，支持向量机器对开环中无限制手指的二维个体运动进行分类，标准卡尔曼滤波器预测开环中二维的前后中心臂的运动范围。
结果： 研究提出了需要少量晶体管的最先进的前端设计。 使用更简单的前端放大器，将电子设备安装在阵列本身上或具有单单元级别特异性的模块化无线“小芯片”变得更加合理。 这也表明，只要电极上存在尖峰，针对局部场电势和脑皮层成像技术开发的现有专用集成电路就足以满足脑机接口应用的需求。
原文链接：Nason, S.R., Vaskov, A.K., Willsey, M.S. et al. A low-power band of neuronal spiking activity dominated by local single units improves the performance of brain–machine interfaces. Nat Biomed Eng (2020). https://doi.org/10.1038/s41551-020-0591-0
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