基于丘脑电刺激的大鼠机器人转向控制的研究

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动物机器人系统是以动物为载体,运用脑机接口技术将各种外部控制指令转化为对动物大脑特定区域的不同形式刺激,从而实现对动物行为的干预和控制。如何实现对生物运动行为的精确控制是生物机器人研究中的基本问题和研究热点。以往的大鼠机器人转向行为控制中,通常需要建立起“提示—行为反应—奖赏”的模式,控制效果取决于对大鼠进行的大量训练工作,限制了后期对于大鼠机器人其他功能的开发。因此,寻找新的刺激位点,尝试开发基于非奖赏训练的大鼠机器人转向控制方法有利于实现对于大鼠机器人运动行为更为精确的控制,并能为生物机器人开发提出新的研究思路。本文以大鼠机器人为研究对象,以非奖赏训练的大鼠机器人转向控制方法为研究目标,提出了基于丘脑腹后中间核电刺激的方法,实现了不依靠奖赏训练的大鼠机器人转向控制。同时,完整的测试了不同参数的丘脑电刺激和大鼠机器人转向角度之间的关系,对丘脑腹后中间核电刺激诱导的大鼠机器人转向的原理做出了一定的分析和解释。具体内容包括:(1)分析大鼠自身的感觉信息传导通路,寻找新的转向电刺激位点测试丘脑电刺激诱导的大鼠机器人转向角度与多种电刺激参数间的关系。(2)利用丘脑电刺激的转向控制方法替代原有的基于奖赏训练的转向控制方法,完成新型的大鼠机器人系统的搭建,通过复杂环境下的导航任务的测试,分析该新型大鼠机器人的整体特点。(3)通过对比丘脑电刺激和感觉皮层电刺激对大鼠机器人转向的影响,分析丘脑电刺激转向控制方法的性能,并对可能的生物控制机制做出推测。基于丘脑腹后中间核电刺激控制大鼠机器人转向的新方法为生物机器人的开发提出了一种新的思路。基于这一方法的大鼠机器人大大减少了训练时间,节省了大量的人力和物力,为动物机器人的自动导航控制和智能融合研究提供了良好的研究和实验平台。
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