無(wú)損測(cè)量人腦神經(jīng)遞質(zhì)技術(shù)研究及其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn).pdf

1、21世紀(jì)進(jìn)入了腦科學(xué)研究的時(shí)代。腦神經(jīng)信息是經(jīng)由神經(jīng)元化學(xué)突觸的神經(jīng)電脈沖與神經(jīng)化學(xué)遞質(zhì)的傳遞。無(wú)損檢測(cè)腦神經(jīng)電生理的技術(shù)主要是腦電測(cè)量；無(wú)損檢測(cè)腦神經(jīng)化學(xué)遞質(zhì)主要基于磁共振譜儀。鑒于磁共振譜儀技術(shù)復(fù)雜而且波譜窗口狹窄，為便于間接檢測(cè)神經(jīng)遞質(zhì)這類(lèi)內(nèi)源性化學(xué)物質(zhì)，需要發(fā)展新的無(wú)損測(cè)量技術(shù)，以利于神經(jīng)化學(xué)分析研究，進(jìn)而推進(jìn)腦科學(xué)的快速發(fā)展，滿足安全防范和預(yù)防醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用要求。 本文綜合應(yīng)用生物組織光學(xué)、中醫(yī)耳穴理論、信號(hào)處理和模

2、式識(shí)別理論與微系統(tǒng)集成技術(shù)，進(jìn)行無(wú)損測(cè)量人腦神經(jīng)遞質(zhì)技術(shù)研究：建立基于磁共振儀腦測(cè)謊的謊實(shí)比率模型，研究并利用近紅外耳穴信號(hào)，指導(dǎo)提取該信號(hào)的小波特征與多重分形特征，重點(diǎn)檢驗(yàn)兩個(gè)特征應(yīng)用于測(cè)謊的準(zhǔn)確率，以此無(wú)損間接測(cè)量人腦額區(qū)顳區(qū)神經(jīng)遞質(zhì)的整體內(nèi)源作用；設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證系統(tǒng)與微系統(tǒng)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的專(zhuān)用芯片。 論文首先概述人腦神經(jīng)遞質(zhì)的特點(diǎn)，分析無(wú)損測(cè)量人腦神經(jīng)電學(xué)、化學(xué)與結(jié)構(gòu)的成像技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)。通過(guò)分析腦神經(jīng)血管耦合規(guī)律、近紅外腦成像規(guī)律

3、與耳穴診療理論，搭建了研究工作的基礎(chǔ)?；诖殴舱駜x研究人腦測(cè)謊，旨在觀察腦額區(qū)顳區(qū)的氧離血紅蛋白的應(yīng)激功能，建立謊實(shí)比率模型，為近紅外耳穴信號(hào)特征建模的準(zhǔn)確性研究提供證據(jù)。針對(duì)近紅外額顳耳穴信號(hào)提取其超低頻特征。根據(jù)腦神經(jīng)遞質(zhì)的超慢振蕩特性和神經(jīng)血管耦合規(guī)律進(jìn)行特征建模，具體選取反射腦額區(qū)和顳區(qū)的額顳耳穴，采集940 nm單波長(zhǎng)的近紅外透射光強(qiáng)信號(hào)，直接提取近紅外光譜的小波超慢成份特征和多重分形特征，主要表征耳動(dòng)脈血的氧合血紅蛋白色基之

4、于近紅外光的吸收漲落，間接檢測(cè)腦額區(qū)顥區(qū)神經(jīng)遞質(zhì)的整體內(nèi)源作用（即偏向興奮或抑制）；為了研究特征模型的準(zhǔn)確性，邀請(qǐng)志愿者參加測(cè)謊/抑郁/微笑實(shí)驗(yàn)。完成特征驗(yàn)證的微電子系統(tǒng)采用傳感模塊、嵌入式微處理器系統(tǒng)和FPGA連接數(shù)字ADC。 論文主要?jiǎng)?chuàng)新工作包括：（1）基于磁共振儀腦測(cè)謊建立了謊實(shí)比率模型（即說(shuō)謊腦耗氧大于誠(chéng)實(shí)腦耗氧）：（2）利用了近紅外耳穴信號(hào)（即選取額顳耳穴處的940 nm近紅外透射信號(hào)）；（3）基于近紅外耳穴信號(hào)的小波

5、超低頻的幾何特征得到了謊實(shí)互補(bǔ)比率規(guī)律，以小波超低頻系數(shù)平方和所構(gòu)建的能量特征支持了謊實(shí)比率模型：以小波能量特征來(lái)表征疲勞的鈣誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果支持神經(jīng)遞質(zhì)的鈣激活特性；小波超低頻譜的多重分形特征適合于檢測(cè)抑郁和微笑；（4）建立了兩種驗(yàn)證系統(tǒng)（PC機(jī)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)），得到的測(cè)謊準(zhǔn)確率下限是83％，處理過(guò)600組測(cè)謊原始數(shù)據(jù)；（5）以FPGA連接數(shù)字ADC（基于施密特非門(mén)振蕩器，輸出脈沖邊沿陡直并且容易控制得到較低頻率）實(shí)現(xiàn)了小波特征的驗(yàn)證