第 卷 第 期 年 月 生 物 科 学 科 学 技 术 与 工!"#$ % & "'"!- -"- --& "'"- 杏 仁 核 研 究 师 黎 孙 朝 奎 李 晓 媛 郑 州 学 电 气 工 学 院 郑 州 清 华 学 自 动 化 系 北 京 摘 要 研 究 了 杏 仁 核 对 信 息 首 先 设 两 种 不 同 拓 扑 结 构 十 和 图 形 利 用 巴 普 洛 夫 反 射 原 理 联 结 采 用 多 通 道 神 信 号 采 系 统 采 杏 仁 核 神 响 应 信 号 然 后 对 神 响 应 信 号 进 行 有 效 响 应 区 间 自 适 应 选 取 分 别 采 用 神 和 研 究 不 同 杏 仁 核 现 神 后 均 有 显 著 增 加 最 后 采 用 支 持 向 量 机 构 不 同 水 平 分 类 模 型 验 证 两 种 效 结 表 明 包 含 更 多 非 线 信 息 和 时 空 整 合 信 息 能 更 有 效 地 实 现 信 息 水 平 表 征 由 此 推 测 杏 仁 核 神 核 团 是 以 方 式 对 信 息 进 行 关 键 词 杏 仁 核 信 息 图 法 分 类 号 = 文 献 标 志 是 哺 乳 动 物 接 受 外 界 信 息 主 要 途 径 其 以 上 感 知 信 息 是 通 获 得 动 物 看 到 引 起 其 或 厌 恶 情 绪 目 标 时 会 产 生 强 烈 生 理 和 心 理 应 激 反 应 并 伴 随 着 逃 避 行 为 它 可 以 唤 起 信 息 调 节 枢 激 动 物 自 我 保 护 能 对 于 动 物 逃 避 天 敌 和 争 取 生 存 机 会 具 有 重 要 意 义 动 物 对 外 界 信 息 产 生 是 通 先 天 遗 传 和 后 天 习 得 两 种 方 式 获 得 先 天 是 祖 先 通 遗 传 留 给 后 代 具 有 无 意 识 自 我 保 护 作 用 但 是 由 于 动 物 生 存 会 面 临 各 种 各 样 潜 威 胁 多 数 情 况 下 动 物 需 要 成 长 不 断 地 学 习 和 积 累 生 存 验 从 而 获 得 联 结 杏 仁 核 位 于 颞 叶 内 侧 属 于 早 期 进 化 边 缘 结 构 量 研 究 表 明 杏 仁 核 形 成 和 表 达 起 到 了 关 键 作 用 因 此 开 展 杏 仁 核 研 究 对 于 揭 脑 预 警 机 制 具 有 重 要 意 义 年 月 日 收 到 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 河 南 省 重 点 科 技 攻 关 划 项 目 河 南 省 科 技 攻 关 划 项 目 资 助 第 一 作 者 简 介 师 黎 女 河 南 郑 州 人 教 授 博 士 研 究 生 导 师 研 究 方 向 智 能 控 制 和 生 物 信 息 & *$!! + - % - 通 信 作 者 简 介 李 晓 媛 女 河 南 洛 阳 人 副 教 授 硕 士 研 究 生 导 师 研 究 方 向 智 能 控 制 与 生 物 信 号 分 析 & *$!! $# $ + - % - 年! : ' 等 通 损 伤 杏 仁 核 后 研 究 猴 子 面 对 信 息 情 绪 反 应 现 其 应 该 引 反 应 动 物 不 产 生 回 避 行 为 但 对 其 他 情 绪 表 情 识 别 均 正 常 年 % 等 采 用 8 3 技 术 对 特 定 患 者 接 受 认 知 行 为 治 疗 前 后 杏 仁 核 激 活 度 进 行 研 究 现 治 疗 前 患 者 杏 仁 核 较 正 常 对 照 组 激 活 明 显 而 治 疗 后 激 活 明 显 降 低 年 '$ 等 采 用 8 3 技 术 研 究 杏 仁 核 对 先 天 面 部 表 情 表 征 现 杏 仁 核 兴 奋 显 著 增 强 以 上 研 究 主 要 从 神 影 像 技 术 动 物 行 为 学 角 度 确 定 了 杏 仁 核 信 息 表 征 重 要 地 位 年 ($ 等 针 对 猴 子 进 行 认 知 训 练 将 不 同 图 形 通 奖 励 和 惩 罚 措 施 猴 子 积 极 和 消 极 刺 激 关 联 分 析 了 杏 仁 核 单 神 对 不 同 意 义 图 形 响 应 特 研 究 表 明 图 形 情 绪 意 义 可 以 调 制 神 活 动 变 化 年 A$ " 等 采 用 小 对 矿 场 环 境 会 产 生 焦 虑 先 天 行 为 对 杏 仁 核 神 焦 虑 研 究 现 杏 仁 核 区 存 与 焦 虑 行 为 高 度 相 关 神 上 述 研 究 采 用 神 电 生 理 技 术 分 析 了 杏 仁 核 单 神 对 信 息 响 应 特 然 而 近 年 来 越 来 越 多 研 究 表 明 神 以 特 定 模 式 实 现 认 知 任 务 能 够 更 有 效 地 传 递 和 处 理 信 息 因 此 从 神 角 度 揭 杏 仁 核 信 息 机 制 是 神 科 学 领 域 新 兴 课 题
科 学 技 术 与 工 卷 综 合 上 述 问 题 文 设 十 和 两 种 不 同 拓 扑 结 构 图 形 作 为 刺 激 利 用 巴 普 洛 夫 反 射 原 理 联 结 采 用 神 电 生 理 和 行 为 学 相 结 合 方 法 采 训 练 前 训 练 主 动 逃 避 和 训 练 后 主 动 逃 避 以 上 三 个 神 响 应 信 号 对 神 响 应 信 号 进 行 有 效 响 应 区 间 自 适 应 选 取 然 后 提 取 神 和 特 征 开 展 信 息 研 究 最 后 采 用 支 持 向 量 机 构 不 同 水 平 分 类 模 型 对 方 法 进 行 验 证 达 到 了 良 好 信 息 水 平 分 类 效 材 料 实 验 动 物 及 慢 电 极 植 入 只 雄 D& 清 洁 级 体 重 " 周 龄 由 国 科 学 院 上 海 生 命 科 学 研 究 院 斯 莱 克 实 验 动 物 有 限 责 任 公 司 提 供 种 委 托 河 南 省 动 物 心 饲 养 繁 殖 动 物 饲 养 保 持 ; 明 暗 交 替 湿 度 维 持 温 度 控 制 所 有 训 练 郑 州 学 自 主 研 啮 齿 类 动 物 认 知 行 为 功 能 自 动 化 测 评 系 统 专 利 号 测 试 筛 选 力 正 常 首 先 采 用 戊 巴 比 妥 钠 溶 液 对 实 施 麻 醉 首 次 注 射 剂 量 *D; " 然 后 固 定 体 定 位 仪 上 (5 用 耳 棒 固 定 头 部 最 后 根 据 脑 体 定 位 图 谱 确 定 杏 仁 核 区 位 置 ( ** D ** 4 ** 植 入 ' $%" 微 电 极 阵 列 美 国 韦 恩 医 学 院 定 制 术 后 连 续 三 天 腹 腔 注 射 拜 有 利 进 行 消 炎 处 理 恢 复 % 开 始 联 结 训 练 训 练 方 案 为 了 满 足 基 于 简 单 图 形 认 知 要 求 改 造 传 统 穿 梭 箱 装 置 穿 梭 箱 两 个 区 域 对 侧 安 装 两 台 显 器 实 现 前 后 双 屏 同 时 显 图 像 确 保 对 刺 激 关 注 度 训 练 装 置 如 图 所 主 要 包 括 训 练 穿 梭 箱 体 * * * 双 屏 显 系 统 监 控 系 统 足 底 电 击 系 统 电 流 * 可 调 和 主 控 制 设 备 等 联 结 训 练 方 案 如 图 所 首 先 屏 幕 两 侧 显 提 信 息 穿 梭 箱 两 边 随 机 显 刺 激 左 右 两 边 显 两 种 图 片 概 相 等 图 片 作 为 图 像 出 现 一 侧 显 后 加 入 足 底 电 击 休 息 重 复 实 验 定 义 主 动 逃 避 达 到 作 为 联 结 标 准 主 动 逃 避 算 方 法 如 式 式 为 实 验 次 数 为 需 要 逃 避 且 内 逃 避 至 安 全 区 次 数 为 不 需 要 逃 避 且 该 次 未 逃 避 次 数 图 联 结 装 置 5 " $: $!8 $'!"% : 图 联 结 模 式 5 ": $! $ ' 88 $' 信 号 采 与 刺 激 模 式 信 号 采 采 用!$' 公 司 生 产? ' 7 多 通 道 微 电 极 阵 列 信 号 采 系 统 采 到 原 始 信 号 通 带 通 滤 波 器 E 得 到 高 通 连 续 信 号 并 用 阈 值 检 测 方 法 提 取 动 作 电 位 刺 激 采 用 英 寸 D&4 显 屏 分 辨 为 了 消 除 图 片 亮 度 对 实 验 结 带 来 影 响 两 种 刺 激 图 形 灰 度 值 相 同 文 将 主 要 分 训 练 前 训 练 训 练 后 三 个 分 别 进 行 数 据 采 信 号 采 刺 激 模 式 如 图 所 首 先 提 信 息 显 然 后 刺 激 图 形 出 现 每 次 图 形 出 现 后 黑 屏 休 息 重 复 次 方 法 由 于 单 个 神 对 特 定 刺 激 响 应 具 有 较 差 异 对 事 表 达 不 够 准 确 文 从 神 角 度 展 开 研 究 首 先 需 要 筛 选 有 效 神 来 构
期 图 信 号 采 刺 激 模 式 5 " " $!$ $ % *!$ $ ' 神 有 效 响 应 神 定 义 算 刺 激 前 内 平 均 作 为 神 响 应 基 准 线 7 算 刺 激 后 有 效 响 应 区 间 内 平 均 将!" ; 7 神 为 有 效 响 应 神 有 效 响 应 时 间 区 间 自 适 应 确 定 神 受 到 刺 激 后 会 产 生 电 增 高 或 者 下 降 这 些 变 化 通 常 代 表 了 有 效 神 信 息 而 不 同 神 对 特 定 刺 激 响 应 区 间 不 尽 相 同 文 根 据 变 化 来 确 定 有 效 响 应 区 间 以 下 是 单 个 神 有 效 响 应 区 间 确 定 方 法 设 定 时 间 窗 口 小 为 刺 激 时 间 分 数 与 乘 积 为 刺 激 时 间 文 取 * 统 刺 激 时 间 内 单 个 神 时 间 窗 数 目 记 为 算 其 按 照 步 骤 重 复 次 实 验 记 为 多 次 实 验 平 均 为 师 黎 等 杏 仁 核 研 究 做 出 随 时 间 变 化 图 以 峰 值 为 心 选 择 刺 激 时 间 内 时 间 即 为 其 有 效 响 应 区 间 8 神 不 同 按 照 步 骤 算 有 效 响 应 区 间 8 内 神 多 次 重 复 平 均 获 取 神 地 形 图 表 达 神 特 征 神 由 于 神 信 息 是 非 线 文 还 采 用 非 线 神 方 法 按 原 理 不 丢 失 任 何 信 息 是 随 机 事 不 定 度 量 可 以 定 量 地 表 达 非 线 神 特 算 步 骤 设 定 时 间 窗 口 小 为 刺 激 时 间 分 数 与 乘 积 为 刺 激 文 取 * 获 取 单 神 其 一 个 时 间 窗 序 列 算 该 序 列 神 时 间 隔 ' ':$! 3 3 序 列 式 F!! 为 神 响 应 总 数 设 定 带 宽 "F * 序 列 带 宽 总 数 F " 设 第 # 个 带 宽 3 3 次 数 为 # # 算 # 出 现 概 $ # # # # 算 神 序 列 值 % # $ #!" $ # 按 照 以 上 步 骤 算 每 个 时 间 窗 值 % 构 支 持 向 量 机 模 型 对 不 同 方 法 效 进 行 验 证 主 要 用 构 信 息 分 类 模 型 实 现 不 同 训 练 信 息 验 证 采 用 训 练 三 个 数 据 作 为 训 练 样 另 外 作 为 测 试 样 分 别 统 两 种 方 法 识 别 结 分 析 只 D& 杏 仁 核 共 记 录 了 个 神 响 应 信 号 首 先 对 数 据 进 行 去 噪 预 处 理 采 用 小 波 变 换 与 & * $ 方 法 对 神 进 行 分 类 进 而 确 定 神 响 应 有 效 响 应 区 间 分 析 了 动 物 神 以 及 特 文 所 有 数 据 处 理 均 D$ 软 进 行 有 效 响 应 时 间 区 间 自 适 应 确 定 不 同 神 有 效 响 应 时 间 区 间 不 尽 相 同 图 为 只 D& 训 练 前 单 个 神 有 效 响 应 区 间 意 图 从 图 可 以 看 出 神 刺 激 时 达 到 峰 值 因 此 文 选 择 有 效 响 应 时 间 区 间 为 神 共 只 上 进 行 了 相 同 刺 激 实 验 得 到 了 相 似 结 文 主 要 以 其 一 只 共 采 了 个 神 为 例 例 神 训 练 前 训 练 训 练 后 三 个 神 情 况 如 图 所
!$% 科 #学 #技 #术 #与 #工 #!" 卷 算 该 $ %只 $ 上 统 结 如 图" 所 后图形为!$;'" o!;"%$ 三个 $神 " """`&; &!# ' 均 有 显 著 差 异 ## 图%#有 效 响 应 时 间 区 间 意 图 S4 ; %#8V V X [ / B/ X 37 4 B 图"# 不 同 神 统 S4 ; "#01 V 1 / 7V V / 4 V/ > / 3V /4V D> / 5 神 文 对% 只 进 行 了 相 同 刺 激实 验 $神 ' 图 (为 变化得到了相似结 采 了!A 个神# 杏仁核神 "共 其! 只 -训 -训 " 训练前 练 # ' 练 后 三 个 算 该 $ %只 $ 值 上 统 结 如 图' 所 后 图 形 为&;%% o&;&%$ $神 三个 均有 显 著 差 异 " """`&;&!# ' 支持向量机模型验证方法有效 ;$<"构 为了验证有效 取训练 $提 三 个 神 响 应 特 征 以 及 $采 特 征 用支持向量机构 不 同 水平分类模型 两种效 $对 个 分 类 正 确 如 表! 所 $三 $ 做 出 验 证 分 类 效 明 显 优 于 ' ;$;" 表!"< 只不同特征下识别统 %&'(!"%0/ + / + /-< 4 / 3 4 + 54 4-7 + -4 方 法 训 练 样 数 量测 试 样 数 量识 别 YF?&? 图# 神 S4 ; #< > / 3V /4V D> / 5 / 7/4 / 1[ V 1 U3 1B / VX > 3V <" 结论与讨论 文 采 用 基 于 图 形 认 知
期 师 黎 等 杏 仁 核 研 究 图 不 同 神 值 5 " $ 8 '$ % 8 ' $" 8 ' 8 '"' # 文 采 用 两 种 神 模 式 现 训 练 前 后 神 响 应 特 均 具 有 显 著 差 异 由 此 推 测 信 息 杏 仁 核 是 以 形 式 多 个 神 共 同 完 成 了 对 信 息 最 后 采 用 构 信 息 分 类 模 型 实 现 不 同 训 练 信 息 验 证 现 神 能 更 有 效 地 信 息 两 种 模 型 分 类 精 度 均 高 达 以 上 也 验 证 文 提 出 杏 仁 核 有 效 参 考 文 献 图 神 5 "'! '' # %" ' 8 $7!*8: $!8 $' 训 练 以 主 动 逃 避 为 标 准 划 分 形 成 三 个 研 究 杏 仁 核 形 成 神 和 然 后 构 不 同 水 平 分 类 模 型 进 行 刺 激 水 平 分 类 验 证 结 表 明 杏 仁 核 部 分 神 会 显 著 增 强 表 明 能 够 有 效 激 活 杏 仁 核 从 神 电 生 理 方 面 验 证 了 '$ 等 面 对 面 孔 杏 仁 核 区 兴 奋 显 著 增 强 结 论 进 一 步 提 出 了 从 时 间 间 隔 角 度 分 析 杏 仁 核 神 该 方 法 能 有 效 地 不 同 水 平 针 对 罗 四 维 信 息 认 知 算 理 论 北 京 科 学 出 版 社 D A' *" 8: $!8'*$C" (' 4$: % B $!B $*$ B ' :! " % $ 8 * 7'$ (' %" 8$$!$% *# 8 8 % $ 8 * '$ ($D B$ '*$ 4 $'" : 7! #$ % : $! $ $'* %!$ $*#"%$!$' 8 $'8!8$? ' 7'$!?' $ D D A' "?3' *$""% 8$*#"%$!$ 8 $#%'% ' $! 8 ' $% *# 8!*'( $'% ( '* #BD 4$ 8! 8$*#"%$!$! : $! '$!$:$ % '" * $! 8$ ' "$ ''? B $!* %!$ 8 $*#"%$!$:$' '$! #' *$"!G: 'E #(? ('! *$'#$ $!# 888* '$!!7 * # ': 8 '!"#H ( #$'# % B! '?B A $:"' $! 7 8 $'! $' " % ' 7 $' *$" '$ B A '#? A B '$ *$7 '*$!
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