利用微波對(duì)腦活動(dòng)的探測(cè)研究.pdf

1、近幾年，隨著歐美發(fā)布了具有戰(zhàn)略意義的“腦計(jì)劃”，腦科學(xué)的研究熱潮正在全球興起。目前國(guó)內(nèi)外基于微波的大腦神經(jīng)活動(dòng)檢測(cè)研究才初見(jiàn)報(bào)道，本文對(duì)利用微波來(lái)探測(cè)腦活動(dòng)做了相關(guān)研究。首先分析了大腦神經(jīng)活動(dòng)的生理學(xué)過(guò)程及興奮區(qū)的時(shí)變媒質(zhì)特性，闡述了運(yùn)用微波檢測(cè)大腦神經(jīng)活動(dòng)的原理。借助仿真軟件和模擬模型研究了時(shí)變興奮區(qū)的電磁響應(yīng)關(guān)系。針對(duì)老鼠大腦神經(jīng)活動(dòng)微波檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了仿真分析、實(shí)驗(yàn)及信號(hào)處理。最后，設(shè)計(jì)了一款應(yīng)用于人腦神經(jīng)活動(dòng)探測(cè)的超寬帶天線，仿

2、真研究了電磁能量在頭顱內(nèi)的傳輸特性及電場(chǎng)分布，并進(jìn)行了加工測(cè)試。
　　論文的主要內(nèi)容及工作成果如下：
　　1．基于大腦神經(jīng)活動(dòng)中的離子運(yùn)動(dòng)特征，分析了大腦神經(jīng)活動(dòng)的時(shí)變媒質(zhì)特性。采用多層無(wú)限大平板模型推導(dǎo)了均勻平面波與大腦電磁響應(yīng)過(guò)程中的相位變化關(guān)系，闡述了微波傳輸法用于大腦神經(jīng)活動(dòng)的檢測(cè)機(jī)理。針對(duì)生物組織的電磁特性，對(duì)生物組織的色散特性以及電磁波在有耗媒質(zhì)中的傳播理論進(jìn)行了研究，為后期大腦神經(jīng)活動(dòng)檢測(cè)試驗(yàn)與方案設(shè)計(jì)做理論鋪

3、墊。
　　2．借助模擬仿真模型，對(duì)微波腦活動(dòng)探測(cè)中微波工作頻率、電場(chǎng)分布、微波比吸收率及時(shí)變興奮區(qū)的電磁響應(yīng)特性進(jìn)行了仿真研究，結(jié)果顯示隨著微波頻率升高，腦功能區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度減小，但在大腦皮層仍然存在較強(qiáng)的電場(chǎng)。對(duì)腦內(nèi)SAR分析表明實(shí)驗(yàn)功率下的微波檢測(cè)實(shí)驗(yàn)滿足安全性規(guī)定；建立時(shí)變興奮區(qū)模擬模型，研究了電磁波與時(shí)變媒質(zhì)的電磁響應(yīng)關(guān)系，結(jié)果表明電磁波穿過(guò)介電常數(shù)時(shí)變興奮區(qū)時(shí)，散射波能夠攜帶出興奮區(qū)的頻域變化信息。
　　3．老鼠大腦

4、神經(jīng)活動(dòng)的檢測(cè)。仿真分析老鼠頭顱內(nèi)的電場(chǎng)分布和動(dòng)態(tài)興奮區(qū)的電磁響應(yīng)關(guān)系。對(duì)昏睡狀態(tài)下的老鼠大腦活動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，利用微波和EEG來(lái)對(duì)比檢測(cè)老鼠睡眠波，并取得了預(yù)期的結(jié)果。對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行功率譜分析，結(jié)果顯示微波可以檢測(cè)出大腦的活動(dòng)信息，但對(duì)檢測(cè)信息的準(zhǔn)確認(rèn)知仍有待未來(lái)進(jìn)一步的研究。
　　4．應(yīng)用于大腦神經(jīng)活動(dòng)探測(cè)的天線設(shè)計(jì)與測(cè)試。大腦神經(jīng)活動(dòng)探測(cè)天線的工作環(huán)境為人體頭部組織，設(shè)計(jì)了一款直接與頭部有耗組織匹配的超寬帶天線，仿真研究電磁波在