一种spike信号的实时分类方法、装置、存储介质及电子设备制造方法及图纸

本申请实施例公开了一种spike信号的实时分类方法、装置、存储介质及电子设备，涉及信号分类领域。本申请使用相关系数来进行spike信号的分类，分类过程不会产生中间状态组，从而节省了存储资源，并减少了计算过程，同时精简了实现架构，为便携式低功耗的应用场景奠定基础。础。础。

【技术实现步骤摘要】
一种spike信号的实时分类方法、装置、存储介质及电子设备


[0001]本申请涉及信号分类领域，尤其涉及一种spike信号的实时分类方法、装置、存储介质及电子设备。

技术介绍

[0002]大脑是我们人体的控制中心，是我们和外部世界交换信息的中枢。大脑里面最小的功能单元是神经元，神经元在大脑里面负责信息的传递和处理，而神经元传递和处理的信息就是动作电位(action potential)，也称为峰电位(spike)。对神经元信息的记录，主要是采用细胞外记录的方式，尤其是对在体的、多通道的神经元信息记录系统，细胞外记录几乎是唯一实用的记录技术。细胞外记录是把记录电极放在靠近细胞的地方来捕获神经元的放电信息。由于细胞的体积很小且经常黏连在一起，同一根电极就会记录到周围几个神经元的放电信息，把记录到的神经元信息(spike)分类出是由哪个神经元所产生的方法就是峰电位分类算法(spike sorting)。通过spike sorting，我们可以精确的得到单个神经元的放电信息，从而为解码神经电路或神经网络的功能打下基础。
[0003]随着神经元记录技术的发展，尤其是硅电极记的使用，神经元信息记录系统已经发展到上千通道。使用这些系统，一个小时的记录就会产生TByte级别的信号，使用传统的spike信号分类算法需要花费几周、甚至几个月的时间来做spike sorting，而实时的spike sorting系统或硬件加速器则可以加速这个数据分析过程。同时，一类更加重要的应用像神经元的闭环控制系统(如对常见的神经系统疾病的治疗)，更是要求对spike信息进行毫秒级的处理。这些实际的应用都显示了对神经元信息实时分类系统的强烈需求。
[0004]对神经元峰电位实时分类系统来说，Osorter是一个常用的实时分类算法，并且已被实现为不同形式的硬件架构来完成实时的spike sorting。Osorter的工作流程包括：输入的spike首先和所有的组中心比较距离D，如果最小的距离(min(D))大于T
c
(spike分类阈值)，则距离较远，不靠近任何一组，说明此spike不属于任何一组，此时创建新组。如果min(D)<Tc，此spike就会被分类到min(D)所在组。由于有新的spike进入，min(D)组的中心需要更新，接着计算更新之后的组中心跟其它的组中心之间的距离D
all
，如果存在D
all
小于T
m
(分类组之间的合并阈值)，说明存在两个中心距离很近的分类组，此时算法会合并这些非常靠近的组为新组，并更新新组的中心，接着继续计算新组中心到剩余组中心之间的距离，重复这个过程直到所有的组中心距离均大于T
c
。完毕之后算法接着对下一个输入spike进行分类，继续这个过程，直到所有的spike都已经分类完成。
[0005]通过对Osorter算法的描述我们可以看到，在算法运行过程中会产生数量不确定的中间状态组，这些中间状态组再通过合并最终会收敛到最后的几组。然而在不同水平的噪音下，分类过程产生的中间状态组的数量是不同的。在数量较少的分类结果下会产生大量的中间状态组。中间状态组的存在不仅需要存储资源来保存他们，同时在分类过程中，输入的spike需要和所有的中间状态组计算距离来确定分类组。分类组确定之后，所有的中间状态组之间还需要进行计算，来合并相互之间距离较近的组，而且每一个输入的spike都要
经历这些计算过程。因此，中间状态组的存在，使得整个分类过程中需要大量的存储和计算资源，并且占用了大量的计算时间，同时对于便携式、低功耗、强实时要求的实现来说也不友好。
[0006]申请内容
[0007]本申请实施例提供了spike信号的实时分类方法、装置、存储介质及电子设备，可以解决现有技术对spike信号进行实时分类过程中存在资源消耗大和处理时间长的问题。所述技术方案如下：
[0008]第一方面，本申请实施例提供了一种spike信号的实时分类方法，所述方法包括：
[0009]通过spike探测装置采集当前spike信号；
[0010]统计所述当前spike信号的序号；
[0011]分别计算所述当前spike信号与m个组的组中心之间的相关系数，得到m个相关系数；其中，m为大于1的整数；
[0012]在所述m个相关系数中确定最大值；
[0013]判断所述最大值是否大于相关系数阈值；
[0014]若为是，将所述当前spike信号放入到所述最大值对应的组，更新该组的组中心并将该组的spike信号数量加1；
[0015]判断所述序号是否为第一循环次数阈值的整数倍；
[0016]若为是，查询所述m个组中是否存在spike信号数量小于第一数量阈值的组；
[0017]若为是，删除查询到的组中的spike信号，将查询到的组的spike信号数量清零，以及删除查询到的组的组中心；
[0018]判断所述序号是否为第二循环次数阈值的整数倍；其中，所述第一循环次数阈值小于所述第二循环次数阈值；
[0019]若为是，查询所述m个组中是否存在spike信号数量小于第二数量阈值的组；其中，所述第一数量阈值小于第二数量阈值；
[0020]若为是，删除查询到的组中的spike信号，将查询到的组的spike信号数量清零，以及删除查询到的组的组中心。
[0021]第二方面，本申请实施例提供了一种spike信号的实时分类装置，所述装置包括：
[0022]采集单元，用于通过spike探测装置采集当前spike信号；
[0023]统计单元，用于统计所述当前spike信号的序号；
[0024]分类单元，用于分别计算所述当前spike信号与m个组的组中心之间的相关系数，得到m个相关系数；其中，m为大于1的整数；在所述m个相关系数中确定最大值；判断所述最大值是否大于相关系数阈值；若为是，将所述当前spike信号放入到所述最大值对应的组，以及更新该组的组中心和将该组的spike信号数量加1；判断所述序号是否为第一循环次数阈值的整数倍；若为是，查询所述m个组中是否存在spike信号数量小于第一数量阈值的组；若为是，删除查询到的组中的spike信号，将查询到的组的spike信号数量清零，以及删除查询到的组的组中心；判断所述序号是否为第二循环次数阈值的整数倍；其中，所述第一循环次数阈值小于所述第二循环次数阈值；若为是，查询所述m个组中是否存在spike信号数量小于第二数量阈值的组；其中，所述第一数量阈值小于第二数量阈值；若为是，删除查询到的组中的spike信号，将查询到的组的spike信号数量清零，以及删除查询到的组的组中心。
[0025]第三方面，本申请实施例提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的方法步骤。
[0026]第四方面，本申请实施例提供一种电子设备，可包括：处理器和存储器；其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种spike信号的实时分类方法，其特征在于，包括：通过spike探测装置采集当前spike信号；统计所述当前spike信号的序号；分别计算所述当前spike信号与m个组的组中心之间的相关系数，得到m个相关系数；其中，m为大于1的整数；在所述m个相关系数中确定最大值；判断所述最大值是否大于相关系数阈值；若为是，将所述当前spike信号放入到所述最大值对应的组，以及更新该组的组中心和将该组的spike信号数量加1；判断所述序号是否为第一循环次数阈值的整数倍；若为是，查询所述m个组中是否存在spike信号数量小于第一数量阈值的组；若为是，删除查询到的组中的spike信号，将查询到的组的spike信号数量清零，以及删除查询到的组的组中心；判断所述序号是否为第二循环次数阈值的整数倍；其中，所述第一循环次数阈值小于所述第二循环次数阈值；若为是，查询所述m个组中是否存在spike信号数量小于第二数量阈值的组；其中，所述第一数量阈值小于第二数量阈值；若为是，删除查询到的组中的spike信号，将查询到的组的spike信号数量清零，以及删除查询到的组的组中心。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：若所述最大值小于或等于所述相关系数阈值，在所述m个组中查询是否存在spike信号数量为0的组；若为是，将所述当前spike信号加入到任意一个查询到的组中，以及将所述当前spike信号作为该组的组中心，将该组的spike信号数量加1；通过所述spike探测装置采集下一个spike信号，将所述当前spike信号的序号加1作为所述下一个spike信号的序号。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：若在所述m个组中不存在spike信号数量为0的组，丢弃所述当前spike信号，以及统计丢弃的spike信号数量；判断所述丢弃的spike信号数量是否大于丢弃数量阈值；若为是，删除所述m个组中的spike信号和组中心，以及将各个组的spike数量清零、丢弃的spike信号数量清零；通过所述spike探测装置采集下一个spike信号；将所述下一spike信号的序号重置为1。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：若所述丢弃的spike信号数量小于或等于丢弃数量阈值；通过所述spike探测装置采集下一个spike信号，将所述当前spike信号的序号加1作为所述下一个spike信号的序号。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王攀科，
申请(专利权)人：广东医科大学，
类型：发明
国别省市：