基于芯片技术的嗅觉生理系统的研究

论文摘要

嗅觉神经系统的研究目前引起了世界各国学者广泛的关注。不仅是由于嗅觉神经系统是目前人们了解得最少的感觉神经系统,而且,以往的研究表明嗅觉神经系统的机理与大脑学习记忆的机理有着十分密切的关系。因此,本课题开展的研究将有助于人们探索和认识嗅觉系统乃至大脑的机理。 就嗅觉神经系统的研究,我们实验室之前已经在嗅觉模型仿真和嗅觉神经芯片制作方面进行了大量的工作,本文在此基础之上,针对神经芯片上神经细胞信号的动态实时检测设计并实现了一套数据采集系统。 本系统由硬件和软件两部分组成,其中硬件部分详细介绍了对12路输入的微弱信号进行程控放大、光耦隔离以及模/数转换过程的设计原理,以及电路的设计和实现过程,同时也介绍了各个部分中涉及到的重要器件。在本文中,对PCI总线技术也进行了介绍,并且设计了基于通用的PCI接口芯片PCI9054的数据传输卡来实现大量数据的高速传输。软件部分包括DSP系统的流程控制,CPLD的逻辑和时序控制以及PCI板卡的驱动程序设计。 利用本数据采集系统检测细胞传感器阵列得到的数据,可以验证和改善现有的K系列模型,并在大量生理实验数据的基础之上,开展对嗅觉系统的生理机理的研究以及建立嗅觉系统时空分辨的动力学模型。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 目前的研究现状
• 1.2.1 气味的空间编码
• 1.2.2 气味的时间编码
• 1.2.3 气味在大脑皮层的表达——解码
• 1.3 课题研究目标和论文结构
• 1.3.1 课题研究目标
• 1.3.2 论文结构
• 参考文献
• 第二章 嗅觉系统的生理和模型
• 2.1 嗅觉系统的生理结构
• 2.1.1 嗅上皮
• 2.1.2 嗅球层
• 2.1.3 嗅皮层
• 2.2 关于嗅觉系统的模型研究现状
• 2.2.1 层析模型
• 2.2.2 回归模型
• 2.2.3 知识模型
• 2.2.4 神经网络模型
• 2.3 本章小节
• 参考文献
• 第三章 平面电极阵列细胞传感器的设计与细胞培养
• 3.1 细胞传感器的研究
• 3.2 平面电极阵列细胞传感器
• 3.2.1 细胞FET的检测原理
• 3.2.2 平面金属电极的检测原理
• 3.3 细胞在硅器件上的培养
• 3.3.1 嗅上皮细胞培养过程
• 3.3.2 大脑皮层细胞培养过程
• 3.4 本章小节
• 参考文献
• 第四章 数据采集系统的设计和实现
• 4.1 数据采集系统的设计原理
• 4.1.1 设计考虑的因素
• 4.1.2 系统总体设计
• 4.1.3 硬件设计
• 4.2 系统硬件开发
• 4.2.1 系统要求及功能
• 4.2.2 系统方案和系统框架
• 4.2.2.1 数据采集卡模块组成
• 4.2.2.2 数据传输卡模块组成
• 4.3 本章小节
• 参考文献
• 第五章 软件系统设计
• 5.1 DSP系统软件设计
• 5.1.1 DSP系统软件的开发工具
• 5.1.2 本系统DSP软件应完成的任务以及流程图
• 5.2 CPLD逻辑设计
• 5.2.1 CPLD的开发环境
• 5.2.2 CPLD的开发流程
• 5.2.3 控制电路模块功能实现
• 5.3 系统驱动程序的设计
• 5.3.1 驱动程序介绍
• 5.3.2 驱动程序开发工具的选择
• 5.3.3 驱动程序开发过程
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 性能测试
• 第七章 总结与展望
• 7.1 课题总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 硕士期间相关论文发表情况
• 附录一 （系统实物图）