基于猕猴感觉运动皮层的神经元Spike信号分析
公开数据集中文版详细描述参考前文：https://editor.csdn.net/md/?not_checkout=1&spm=1011.2124.3001.6192
目录
- 0. 公开数据集
- 1. 神经元的raster和PSTH图
- 1.1 Raster
- 1.2 PSTH
- 2. 运动轨迹图 (center_out)
- 3. 神经元的运动调制曲线 (tuning curve)
0. 公开数据集
- 网址：Nonhuman Primate Reaching with Multichannel Sensorimotor Cortex Electrophysiology 1
- Session：" indy_20170124_01 "
1. 神经元的raster和PSTH图
1.1 Raster
神经元的raster图是一种用于可视化神经元活动的图表，它以时间为横轴，每个神经元的不同脉冲或活动事件为纵轴。每个脉冲或事件用一个点或线表示，多个神经元的活动可以在同一个图表中显示，以便比较它们的活动模式。
在这里，我们将猕猴控制光标向一个新出现的target移动的全过程作为一个trial，并且将二维界面划分为8个不同的方向作为不同的condition，神经元的raster图呈现选定神经元在某一个condition下的所有trials的spike活动。具体处理如下：
- 提取Spike矩阵：我们将神经元全时程的发放率阈值设定为2，然后从原始数据中得到spike矩阵为[n_neuron, n_time]。其中n_neuron代表预处理后的神经元个数，n_time为整个session的所有时间点，这里“spike_array = [138, 147501]”。
- 划分trials：每一个新的target对应一个trial，由于第一个trial没有规定好的初始位置，所以我们只考虑后486个；同时将360度的二维界面等分为8个方向，即8种不同的conditions。
- 绘制raster：我们选定138个神经元中的前两个，以new_target出现为原点，最长的trial时长为时间轴右边界，-200 ms的上文信息为左边界；将8个方向作为不同conditions，纵轴为当前condition的所有trials。
神经元1-2的raster图如 Figure 1 所示：
1.2 PSTH
PSTH（Peri-Stimulus Time Histogram）图是一种用于显示神经元对特定刺激或事件的响应模式的图表。它以时间为横轴，神经元的活动频率为纵轴，显示在特定时间段内神经元的活动频率。PSTH图通常用于研究神经元对刺激的响应时间和模式。
在这里，我们沿用上一节的数据预处理方式，然后将一个时间段bin大小设为20ms，由于神经信号采样率为250Hz，即一个bin包含5个数据点。我们神经元在单个bin内的所有发放trials个数作为其活动频率的指标，其他设置同raster，最终得到前两个神经元的PSTH图如 Figure 2 所示：
2. 运动轨迹图 (center_out)
神经元的运动轨迹图（center_out）是一种常用的方法来可视化神经元的活动模式。该图可以用来显示神经元在不同中心位置的刺激下的活跃程度。通常，"center_out"图使用极坐标来表示刺激的方向和距离。刺激的中心位置通常位于圆心，而刺激的方向和距离则通过圆周上的点来表示。
在这里，我们绘制了前30个trials的8个不同方向的光标运动轨迹作为center_out图，不同的方向用不同的颜色表示，如 Figure 3 所示：
3. 神经元的运动调制曲线 (tuning curve)
神经元的调谐曲线（tuning curve）是一种常用的方法来描述神经元对于不同刺激参数（例如方向、频率、强度等）的响应模式。调谐曲线可以展示神经元在不同刺激参数取值下的活动水平。
一般来说，神经元对角度的tuning倾向正弦曲线的形式，所以我们这里采用正弦函数来建模神经元的响应模式。同样地，我们对前两个神经元分别绘制了在位置、速度和加速度上的调谐曲线：
Makin, J. G., O’Doherty, J. E., Cardoso, M. M. B. & Sabes, P. N. (2018). Superior arm-movement decoding from cortex with a new, unsupervised-learning algorithm. J Neural Eng. 15(2): 026010. doi:10.1088/1741-2552/aa9e95 ↩︎