自由活动动物脑电信号采集及处理系统的研究

论文摘要

长期以来,人们希望用大脑信号与外界进行通讯,并由此实现相应的控制。脑-机接口（Brain-Computer Interface,BCI）就是近年来神经工程领域中发展起来的一种人机接口方式,它是基于脑电信号实现人脑与计算机或其他电子设备通讯和控制的系统。脑机接口研究中的关键技术是如何从记录的脑电信号中识别出受试者的意图（个体化脑电信息辨识）。为此本课题建立了一个基于大鼠实验的脑机接口研究系统,采集并分析大鼠特殊行为时的脑电信号情况。为了研究大鼠运动皮层在前肢控制中的作用,将自制金属微电极定位在大鼠的运动皮层区域。应用图像采集系统和电路系统同步对自由活动大鼠的特殊行为及脑电进行采集处理,同时采用LabVIEW记录分析大鼠的局部场电位及单位神经元放电信号,为大鼠行为与脑电相关性研究提供了可靠的信号采集技术。结果表明:局部场电位和多细胞峰电位多在运动前延迟期,运动时终止。本论文对自由活动大鼠神经信号的采集和处理系统进行了研究设计,主要包括三部分（1）对脑电信号的采集、前置放大、简单的滤波;（2）应用片上可编程系统PSoC对信号进一步放大、实现AD转换,经串口通信传输到计算机,藉以此方式,可以达到缩小体积降低成本的目的;（3）上位机以图形（G）语言LabVIEW来设计信号显示界面,实现信号显示并对采集的数据做滤波、降噪等处理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 脑—机接口研究的意义
• 1.2 脑—机接口技术的新进展
• 1.3 本论文研究的内容
• 2 动物实验
• 2.1 脑电活动概述
• 2.2 大脑皮层运动区与运动的定位关系
• 2.3 微电极的设计要求
• 2.4 微电极及微推进器的制作
• 2.5 动物手术
• 3 模拟前端电路设计
• 3.1 概述
• 3.2 信号采集过程中噪声干扰的形成和排除
• 3.3 模拟前端放大电路
• 3.4 滤波电路
• 3.5 电源选择
• 4 PSoC设计
• 4.1 PSoC概述
• 4.2 PSoC结构与功能说明
• 4.3 PSoC电路设计
• 5 基于LabVIEW的测量结果分析
• 5.1 LabVIEW概述
• 5.2 使用LabVIEW编写仪器控制程序
• 5.3 数字信号处理
• 5.4 大鼠行为脑电采集与分析
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献