[发明专利]基于在体荧光信号的动物脑机接口实现方法及系统

说明书

本发明提供一种基于在体荧光信号的动物脑机接口实现方法及系统，包括：通过在大脑皮层或深部核团，注射钙离子指示剂或者指示蛋白在体病毒，使指示剂或者指示蛋白在胞内表达；在指示媒介进入细胞后，在实验动物目标脑区植入脑部接口并进行记录，记录结果传输至信号处理主机；数据结果经过传入后，进入解码算法进行模式规律识别，输出接口输出至控制端；控制端接收装置接收信号后，对信号再编码最终实现对外部设备进行编码控制，形成脑机交互。本发明能够解决传统脑电信号脑机接口信号来源受外界电噪声影响大的问题，以及编码信息单一，编码效率低的问题。

技术领域

本发明涉及脑电信号采集技术领域，具体地，涉及一种基于在体荧光信号的动物脑机接口实现方法及系统。

背景技术

脑机接口指在人或动物大脑与外部设备之间创建的直接连接，实现脑与设备的信息交换。目前常用脑机接口采用神经活动电信号进行信息解码，在生活场景中遇到的外部电干扰交大，在自由活动场景中使用较为局限。近年来，在动物实验中通过在体荧光显微成像技术，利用神经化学物质探针可以详细的记录到神经活动变化。通过这种方法可以精确的解析不同神经元的活动规律，同时为脑机接口中的信号识别提供了良好的信号来源，供信息解码和在编码。

公开号为CN106293088A的发明专利，公开了一种脑机接口处理系统及其实现方法，所述脑机接口处理系统包括脑机接口处理装置和软件应用平台，所述脑机接口处理装置包括依次连接的干电极、脑电信号采集及解析模块、微处理器、无线通信模块和处理及显示终端，所述软件应用平台包括脑电信号存储模块、脑电信号在线反馈模块和开放的API接口，所述微处理器分别与无线通信模块、脑电信号存储模块、脑电信号在线反馈模块和开放的API接口进行信息交互；所述无线通信模块与处理及显示终端进行信息交互。

现有技术中存在以下缺陷：常用脑机接口中脑电信号受外部电噪声影响较大，对实现环境要求较高；脑电信号空间分辨率低，限制了脑机接口的编码能力；记录到的神经元信号无法长期对应，信号之间极易产生干扰。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于在体荧光信号的动物脑机接口实现方法及系统。

根据本发明提供的一种基于在体荧光信号的动物脑机接口实现方法及系统，所述方案如下：

第一方面，提供了一种基于在体荧光信号的动物脑机接口实现方法，所述实现方法包括：

步骤S1：通过在大脑皮层或深部核团，注射钙离子指示剂或者指示蛋白在体病毒，使指示剂或者指示蛋白在胞内表达；

步骤S2：在指示媒介进入细胞后，在实验动物目标脑区植入脑部接口，通过在体微型荧光显微镜进行记录，记录结果经过信号采集主机，传输至信号处理主机；

步骤S3：数据结果经过传入后，进入解码算法进行模式规律识别，并经指令输出接口输出至控制端；

步骤S4：控制端接收装置接收信号后，对信号再编码最终实现对外部设备进行编码控制，形成脑机交互。

优选的，所述指示剂中荧光指示信号表达后，影像数据经采集端传入信号处理端进行信号处理，具体包括：实验动物大脑活动荧光原始信号经过采集设备采集后，传输至信号处理主机进行在线处理；原始数据需要经过算法进行神经元活动提取和识别，主要包括降噪校正和细胞标记。

优选的，所述降噪校正是降低运动导致的信号噪音干扰，并对相同神经元不同时间点的位置进行实时校正，通过在原始图像帧上应用异性扩散去噪操作实现；

对于每一帧图像，I∈R^HxW，对于给定的扩散时间τ，演化遵循等式：

其中，div是散度算子，和Δ分别是梯度和拉普拉斯算子，C是取决于像素和τ的扩散系数矩阵；