闪光刺激下脑电压频率变化特性研究

摘要

脑电压是大量神经元电活动在大脑头皮产生的电位总和，其变化特性反映了神经系统的活跃程度和功能状态。近年来，脑电压研究以其高时间分辨率、低成本和安全无创等特点成为了国内外的研究热点。由于神经系统的复杂性和特异性，影响脑电压变化的各类因素及其影响机理是目前人们致力于解决的问题。本文主要研究了不同频率闪光刺激下脑电压的频率变化特性，并进行了相关机理探讨，为人们更好研究脑电压及其应用提供有意义的理论和实验依据。主要研究工作如下:
　　(1)基于闪光信号的传导、转化及处理机制和Hodgkin-Huxley电路模型，对不同条件电刺激下神经元电流和膜电位进行了仿真，定性分析了闪光刺激信号与神经元周期性电流的频率变化关系。研究结果表明在一定范围内，神经元电流频率随着闪光刺激频率增加而增大，超过一定阈值后趋向一个平稳值。
　　(2)根据电磁场天线辐射理论，建立基于神经元等效小电流圆环的脑电压计算模型。结合神经元周期性电流回路的幅频特性，利用计算模型对神经元电流与脑电压的频率变化关系进行分析。研究结果表明，脑电压各频率成分是存在的，其幅值与神经元电流频率的高低成正比。
　　(3)实验研究了不同频率闪光刺激下脑电压频率特性变化规律。结果表明，对于不同频率的闪光刺激，脑电压频率特性变化规律是不一样的，脑电压各频率成分的功率谱密度随闪光频率变化呈倒U形非线性关系:在一定范围内，脑电压各频率成分功率谱密度与闪光频率成正比，超过这个范围后，脑电压各频率成分功率谱密度与闪光频率成反比，随着闪光频率增加而减小。
　　(4)通过对闪光刺激与神经元电流变化关系的仿真结果进行分析，结合基于神经元电流的脑电压计算模型，对闪光作用下脑电压频率特性变化规律进行了机理探讨，为进一步探究外刺激下神经系统的响应特性提供了有意义的实验和理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容和论文框架

第二章 研究方案

2．1 引言

2．2 脑电信号的电生理基础知识

2．2．1 神经元结构和功能

2．2．2 神经元的电生理特性

2．2．3 光信号到神经元电信号的转化

2．3 脑电信号形成机制及脑电图

2．3．1 脑电信号形成机制

2．3．2 脑电图

2．4 脑电源模型

2．5 脑电信号处理方法

2．5．1 脑电信号预处理

2．5．2 脑电信号分析方法

2．6 闪光刺激下脑电压频率变化特性研究方案

2．7 本章小结

第三章 闪光刺激与神经元电流变化关系仿真研究

3．1 引言

3．2 Hodgldn-Huxley神经元等效电路模型

3．3 基于H-H模型的建模仿真

3．3．1 瞬时电流刺激下神经元电流及膜电位变化仿真结果

3．3．2 正弦电流刺激下神经元电流及膜电位变化仿真结果

3．3．3 结论

3．4 讨论

3．5 本章小结

第四章 神经元电流与脑电压频率变化关系研究

4．1 引言

4．2 神经元电流与脑电压的频率变化关系研究

4．2．1 神经元电流特性分析

4．2．2 基于神经元等效小电流圆环的脑电压计算模型

4．2．3 神经元电流与脑电压的频率变化关系

4．3 讨论

4．4 本章小结

第五章 不同频率闪光刺激下脑电压频率变化研究

5．1 引言

5．2 实验研究

5．2．1 实验系统

5．2．2 实验方法

5．2．3 数据统计处理

5．3 结果和分析

5．3．1 实验结果

5．3．2 脑电压数据频域分析

5．4 结论

5．5 结果分析和机理探讨

5．5．1 分析

5．5．2 机理探讨

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文