Neural Decoding of Cursor Motion Using a Kalman Filter

游标(数据库) 计算机科学 神经解码 解码方法 卡尔曼滤波器 人工智能 脑-机接口 计算机视觉 神经编码 脑电图 算法 神经科学 生物
作者
Wei Wu,Michael J. Black,Yun Gao,Mijail Serruya,Ammar Shaikhouni,John P. Donoghue,Elie Bienenstock
摘要

The direct neural control of external devices such as computer displays or prosthetic limbs requires the accurate decoding of neural activity representing continuous movement. We develop a real-time control system using the spiking activity of approximately 40 neurons recorded with an electrode array implanted in the arm area of primary motor cortex. In contrast to previous work, we develop a control-theoretic approach that explicitly models the motion of the hand and the probabilistic relationship between this motion and the mean firing rates of the cells in 70ms bins. We focus on a realistic cursor control task in which the subject must move a cursor to hit randomly placed targets on a computer monitor. Encoding and decoding of the neural data is achieved with a Kalman filter which has a number of advantages over previous linear filtering techniques. In particular, the Kalman filter reconstructions of hand trajectories in off-line experiments are more accurate than previously reported results and the model provides insights into the nature of the neural coding of movement.

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