【摘要】：人體神經(jīng)電生理信號,指的是個(gè)體或離體器官、組織、細(xì)胞等的電活動(dòng)。在實(shí)際操作中,可利用電極、膜片鉗等裝置來進(jìn)行該類信號的記錄或測定,用以對個(gè)體或部分功能、機(jī)理的研究等。在實(shí)驗(yàn)室研究中利用神經(jīng)電生理技術(shù)通過研究在體電信號等研究人體某部分在整體結(jié)構(gòu)中發(fā)揮的作用與功能,通過對特定區(qū)域的離體組織、細(xì)胞電生理信號進(jìn)行測量并研究該區(qū)域功能與結(jié)構(gòu)。在體腦電信號是通過接觸電極從大腦頭皮或大腦皮層獲得大腦在特定模式下的電活動(dòng)信號,用于研究大腦在整個(gè)個(gè)體中發(fā)揮的作用;為了研究部分區(qū)域的特定功能,會(huì)以腦片、腦細(xì)胞群或單個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞作為研究對象。在體腦電信號采集是利用電極從大腦獲得腦電信號在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行相應(yīng)的信號處理,轉(zhuǎn)化為與信號內(nèi)容一致的響應(yīng),這種響應(yīng)包括機(jī)械臂的操作、光標(biāo)在顯示屏上的移動(dòng)等。而在與在體研究對應(yīng)的離體電生理信號的研究中,通常利用離體電極對離體神經(jīng)元細(xì)胞、組織的電信號進(jìn)行采集,對其電化學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析,研究其部分功能與生理活動(dòng)狀態(tài),并進(jìn)行相應(yīng)的比對和分析。本文針對在體腦電信號,利用腦電信號采集設(shè)備對實(shí)驗(yàn)者在閱讀不同材料(平靜閉目、閱讀英語、閱讀詩歌、閱讀現(xiàn)代文四種閱讀模式)時(shí)的頭皮腦電信號進(jìn)行無創(chuàng)采樣,使用希爾伯特-黃變換及支持向量機(jī)訓(xùn)練,分辨平靜閉目和其他三種不同閱讀模式,并針對經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解時(shí)出現(xiàn)的常見情況——端點(diǎn)飛翼現(xiàn)象進(jìn)行算法優(yōu)化處理并比較其處理效果。腦電的來源有在體和離體兩種。在基于大數(shù)據(jù)的在體腦電分析模型確定之前,需要依賴于特定神經(jīng)元群或者腦切片等離體電生理測試的特征點(diǎn)位數(shù)據(jù)采集及分析過程。離體電生理測試信號的優(yōu)點(diǎn)在于這種實(shí)驗(yàn)方式脫離了生物個(gè)體,以組織或細(xì)胞為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn),體外可培養(yǎng)、易于擴(kuò)增細(xì)胞、組織數(shù)量,樣本量大可采集數(shù)據(jù)齊全,但是其最大問題是電極和腦切片或者神經(jīng)元之間的接觸受制于電極的材料、特性、表面處理方式等。所以,在離體電生理的研究中,首先需要評估離體電極與生物膜接觸的定量化模型。因此,本文對離體腦電信號采集的重要媒介——電極,利用電化學(xué)方法中的循環(huán)伏安法、計(jì)時(shí)電流法、交流阻抗法進(jìn)行了裸金電極的電化學(xué)實(shí)驗(yàn),并評估了電極的三種對應(yīng)的特性。然后,針對電極在進(jìn)行信號測量時(shí)電極與生物膜之間的有效貼附面積進(jìn)行了研究,通過模擬電極與生物膜的貼附狀態(tài),進(jìn)行了電化學(xué)阻抗實(shí)驗(yàn)并依據(jù)電極在測量系統(tǒng)中的作用建立等效電路,并依據(jù)等效模型進(jìn)行了阻抗參數(shù)擬合,構(gòu)建了阻抗參數(shù)為輸入向量,以電極半徑為輸出量的支持向量回歸模型,定量研究了電極與生物膜之間的貼附面積,用以評估電極與生物膜之間的貼附效果。最后,為了定性評估真實(shí)細(xì)胞膜與電極之間的貼附狀態(tài),在NC膜上培養(yǎng)神經(jīng)細(xì)胞,利用不同面積的電極與其構(gòu)成細(xì)胞-NC膜-電極結(jié)構(gòu),進(jìn)行了電化學(xué)阻抗實(shí)驗(yàn),分析比較了不同面積的電極對應(yīng)的電化學(xué)阻抗圖之間的關(guān)系。該方法最后的結(jié)果驗(yàn)證了模擬電極-神經(jīng)細(xì)胞貼附實(shí)驗(yàn)的有效性以及使用電化學(xué)方法研究離體腦細(xì)胞、組織用以體外研究的可能性,為在體腦電研究的后期離體定點(diǎn)對應(yīng)模型提供了定量化參數(shù)的分析基礎(chǔ)。
【圖文】：

要分為三個(gè)階段，前期的噪聲濾除、中期的特征提取以及后期的模式分類。其具體方法在文章第二章具體闡述。圖1.1 神經(jīng)電生理信號-計(jì)算機(jī)采集分析控制系統(tǒng)框圖((a)大腦(b)電極(c)腦電采集、分析、處理設(shè)備(d)多通道腦電信號(e)由腦電控制的機(jī)械臂)在體神經(jīng)電生理測試的優(yōu)點(diǎn)是能夠獲得完整的信號模式，但是信號樣本量受個(gè)體限制而存在不足，且由于實(shí)驗(yàn)單個(gè)個(gè)體本身生理狀態(tài)不同，會(huì)造成個(gè)體差異，且研究的目標(biāo)區(qū)域在生物個(gè)體中會(huì)受到其他區(qū)域的影響，對特定區(qū)域進(jìn)行研究會(huì)有偏差; 而離體的優(yōu)點(diǎn)是在體外條件下可培養(yǎng)，樣本量大，缺點(diǎn)是神經(jīng)元的種類和培養(yǎng)密度的穩(wěn)定性和密度等等比較受制于電極，所以保證離體電極上的神經(jīng)元穩(wěn)定培養(yǎng)和特征參數(shù)提取非常關(guān)鍵，因此進(jìn)行離體神經(jīng)元電生理測試前，需要引入離體電極上的生物膜貼附實(shí)驗(yàn)和主參數(shù)分析模型，說明離體神經(jīng)元的可靠和穩(wěn)定培養(yǎng)模型，，才能用于進(jìn)一步離體神經(jīng)元電生理信號的測試。因此，與在體電生理測試相對應(yīng)

定的200組作為每種閱讀模式下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的特征量可比性，不同被試者的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，再進(jìn)行同一閱讀模式下的多組采集及歸類分析。實(shí)驗(yàn)過程及儀器接口等如圖2.1所示。圖2.1 (a)戴電極帽的測試實(shí)驗(yàn)過程（b）PowerLab儀器接口及裝置
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：R318;TN911.7

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本文編號：2651071