[发明专利]一种小鼠前额叶神经元双光子荧光钙信号的自动检测方法

说明书

本发明涉及一种小鼠前额叶神经元双光子荧光钙信号的自动检测方法，包含了计算神经元荧光动态曲线部分、基线检测部分、钙信号预判断时间点检测部分、波形特征参数提取部分、使用SVM实现神经元荧光钙信号分类部分。本发明能够实时检测由双光子荧光显微镜采集的小鼠前额叶神经元活动的荧光钙信号，对神经生物学研究的数据分析具有潜在价值。

技术领域

本发明涉及一种小鼠前额叶神经元双光子荧光钙信号的自动检测方法，属于信号处理技术领域。

背景技术

双光子荧光成像技术由于具有分辨率高、可以用于活体实验等优点，被广泛的应用于神经生物学领域。同时，科研人员的实验需求已不再局限于对实验对象的可视化观察等单一领域，在许多场合需要对采集的实验数据进行更高层次的定量分析。而双光子荧光钙信号的检测是各种定量分析应用中的主要任务，但由于荧光钙信号的复杂性，长期以来数据分析都依赖于人工分析。由于训练一个分析专家需要很长时间，并且分析的过程中存在着各种主观偏见；而人眼能够发现的信号有限，对于一些弱信号无能为力；对于大规模数据分析，人工分析效率比较低。因此，亟需一种小鼠前额叶神经元双光子荧光钙信号的自动检测方法。

发明内容

为了能够解决神经生物学领域科研人员对小鼠前额叶神经元双光子荧光钙信号的定量分析中，传统的人工分析存在各种主观偏见，对于一些弱信号无能为力，人工分析效率比较低的不足，本发明的目的在于提供一种小鼠前额叶神经元双光子荧光钙信号的自动检测方法。

为了实现上诉目的，本发明的技术方案如下：

一种小鼠前额叶神经元双光子荧光钙信号的自动检测方法，由以下步骤组成：

1)采集使用钙离子指示剂染色的小鼠前额叶神经元双光子图像数据；优选的，所述的小鼠前额叶神经元实验样本在采集前使用钙离子指示剂以及显色剂标记；优选的，所述的采集图像数据时采用的双光子荧光扫描序列为2D点扫描序列；优选的，所述的图像数据使用过8-16赫兹扫描频率采样获得。

2)将采集到的图像数据根据感兴趣区域计算神经元荧光动态曲线；

3)根据荧光动态曲线检测基线，并归一化数据；优选的，所述的基线检测方法首先采用高斯滤波器(σ＝10ms)对荧光动态曲线去噪处理，然后根据荧光强度统计直方图，检测荧光动态曲线不同荧光强度的频数，用于检测基线；优选的，所述的归一化数据是将每个时间点的荧光值减基线值，再除以基线值。

4)将归一化的荧光动态曲线通过拉以达准则和规则列表检测钙信号预判断时间点；优选的，所述的拉以达准则和规则列表具体包括：归一化荧光强度大于N倍荧光动态曲线标准差，归一化荧光强度大于荧光钙信号动力学阈值T，钙信号预判断时间点的下降项大于K个采样点。

5)根据钙信号预判断时间点提取L维波形特征参数；

6)将L维波形特征参数通过事先训练好的判别模型M进行分类并输出最终检测结果；优选的，所述的荧光钙信号判别模型M使用基于SVM的机器学习算法，构建SVM参数空间的非线性判别函数，得到输入特征参数和输出钙信号分类之间的非线性映射，用于对荧光钙信号的分类。

综上所述，一种小鼠前额叶神经元双光子荧光钙信号的自动检测方法，主要创新之处在于：通过拉以达准则和规则列表检测钙信号预判断时间点，然后提取钙信号预判断时间点的特征参数，并使用基于SVM的机器学习算法，构建SVM参数空间的非线性判别函数，得到了输入特征参数和输出钙信号分类之间的非线性映射，进而实现在小鼠前额叶神经元双光子荧光钙信号的自动检测。

附图说明

图1为本发明的整体流程图

图2为本发明的一个检测结果图

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。