رمزگشايي نيرو با استفاده از سيگنال‌هاي ثبت شده از قشر حركتي موش صحرايي توسط رگرسيون خطي

واسط‌ مغز-كامپيوتر سيستمي است كه بر اساس فعاليت عصبي توليد شده توسط مغز عمل مي‌كند و در سال‌هاي اخير مورد توجه بسياري از محققان قرار گرفته است. اين واسط‌ها مستقل از مسير خروجي متداول اعصاب محيطي و ماهيچه‌ها بوده و به دليل توانايي آن‌ها در فراهم ساختن بعد جديدي در ارتباطات و يا كنترل دستگاه براي افراد ناتوان، بسيار حائز اهميت مي‌باشند. فعاليت عصبي مورد استفاده در واسط مغز-كامپيوتر، مي‌تواند توسط روش‌هاي تهاجمي يا غيرتهاجمي مختلفي ثبت شده و توسط الگوريتم‌هاي رمزگشايي متفاوتي به سيگنال مطلوب تبديل گردند، كه هر يك نيز كارايي متفاوتي از خود نشان مي‌دهند. در اين مطالعه، از 3 موش صحرايي (رت) براي انجام حركتي شامل فشردن يك كليد و دريافت يك قطره‌ي آب توسط اهرم متحرك (در صورت انجام صحيح وظيفه) استفاده شده است. با كاشت يك آرايه‌ي ميكروالكترودي 16 كاناله در قشر حركتي رت‌ها (به روش تهاجمي)، سيگنال مرتبط با نيروي اعمالي توسط دست، از مغز آن‌ها در حين انجام وظيفه ثبت شده و به‌طور هم‌زمان سيگنال نيروي دريافتي توسط سنسور نيز ذخيره گشته است. با انجام پيش‌پردازش‌هاي لازم روي داده‌هاي اسپايك و استخراج نرخ‌هاي آتش سيگنال، به عنوان بردار ويژگي، توسط لغزاندن يك پنجره‌ي گوسي روي قطارهاي اسپايك، ورودي‌هاي لازم براي الگوريتم رمزگشايي، كه در اين‌جا رگرسيون خطي مي‌باشد، به دست آمده است. از دو الگو به عنوان روش‌هاي ارزيابي استفاده شده است. الگوي اول، بر مبناي در نظرگرفتن 60% اوليه‌ي سيگنال به عنوان مجموعه‌ي آموزشي و 40% انتهايي به عنوان مجموعه‌ي آزمايشي استوار بوده و مبناي الگوي دوم، برعكس الگوي اول مي‌باشد. از ضريب همبستگي بين بردار ويژگي و سيگنال آموزشي نيروي واقعي استفاده شده است، تا ويژگي‌هايي با ضريب همبستگي بيش از 3/0 به عنوان ويژگي‌هاي مطلوب انتخاب گردند تا كارايي الگوريتم رمزگشايي با اعمال روش انتخاب ويژگي نيز بررسي شود. روش‌هاي متعددي براي ارزيابي الگوريتم رمزگشايي وجود دارد، كه در اين پژوهش از معيار ضريب همبستگي و ضريب تعيين استفاده شده است كه اندازه‌ي آن‌ها رابطه‌ي مستقيمي با كارايي روش رمزگشايي دارد. در اين مطالعه، همبستگي و ضريب تعيين بين سيگنال نيروي واقعي و سيگنال پيش‌بيني شده توسط روش رگرسيون خطي، به صورت ميانگين در سه جلسه و سه رت، به ترتيب برابر با 56/0 و ‌2/0 براي الگوي اول و 55/0 و 30/0 براي الگوي دوم مي‌باشد. اين نتايج نشان ‌مي‌دهد كه با استفاده از نرخ آتش نورون‌هاي مغزي، مي‌توان متغيرهاي حركتي مانند نيرو را پيش‌بيني كرد. هم‌چنين روش رگرسيون خطي روشي مناسب براي رمزگشايي سيگنال پيوسته‌ي نيرو مي‌باشد و سيگنال واقعي را به خوبي دنبال مي‌كند.