增强人体感觉功能的刺激系统的开发及应用研究

论文摘要

在某些非线性系统中,噪声能够起到放大微弱信号的作用,这种现象被称之为随机共振现象,这种现象的存在可优化系统对输入小信号的检测和处理。越来越多的研究发现,人体神经系统中广泛存在随机共振现象,并且这种现象已经被用来增强或弥补人体感觉功能。本课题的研究目的是应用人体感觉系统中的随机共振现象,开发增强人体感觉功能的刺激装置。该装置产生的白噪声电流刺激或者机械噪声刺激,施加在人体皮肤上,通过感觉系统传达到大脑皮质,从而起到增强人体感觉的作用。系统的设计部分是本文的重点。本系统采用MSP430作为下位机的MCU，通过串口RS232可与上位机进行交互。单片机控制产生随机的白噪声信号,通过电压-电流转换电路或者电压-振动转换装置,来产生白噪声电流刺激和机械噪声刺激。通过设计软件硬件双重保护,保证仪器的安全可靠。在对系统进行了性能测试和初步的临床测试后,我们设计开展了噪声增强人体感觉功能的实验。该实验探索电噪声或者机械噪声刺激下,手指自主运动所引起的感觉运动皮层区μ波和p波的事件相关去同步化现象的增强效果。实验结果显示,特定强度的电噪声或机械噪声刺激能有效增强μ波和β波的抑制。这一结果充分显示了本仪器在感觉增强中的作用,验证了本系统开发的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 随机共振理论基础
• 1.2.2 随机共振理论在动物神经系统中的研究
• 1.2.3 随机共振现象在人体神经系统中的研究
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文内容安排
• 第二章 神经生理学基础
• 2.1 神经系统的基本结构
• 2.1.1 神经元的形态结构
• 2.1.2 神经胶质
• 2.1.3 突触
• 2.2 神经系统的基本活动方式
• 2.3 躯体感觉
• 2.4 经皮神经电刺激
• 第三章 增强人体感觉功能的刺激系统
• 3.1 系统特点
• 3.2 系统硬件设计
• 3.2.1 数字部分设计
• 3.2.1.1 微处理器的选择
• 3.2.1.2 通讯模块
• 3.2.1.3 键盘输入和LED显示模块
• 3.2.1.4 激励信号输出模块
• 3.2.1.5 电流信号反馈模块
• 3.2.2 模拟部分设计
• 3.2.2.1 激励信号调整电路
• 3.2.2.2 压控恒流源电路
• 3.2.2.3 振动输出驱动电路
• 3.2.2.4 电流信号反馈电路
• 3.2.2.5 硬件过流保护电路
• 3.2.2.6 上电、断电脉冲保护
• 3.2.3 电源部分设计
• 3.3 系统软件及流程
• 3.3.1 上位机程序设计
• 3.3.2 下位机程序设计
• 3.3.2.1 存储器结构和地址空间
• 3.3.2.2 下位机集成开发环境介绍
• 3.3.2.3 程序模块设计
• 第四章 系统测试
• 4.1 白噪声恒流刺激仪系统测试
• 4.2 机械振动噪声刺激仪系统测试
• 第五章 应用随机共振理论增强事件相关去同步化
• 5.1 实验背景与目的
• 5.2 实验仪器
• 5.3 实验方法
• 5.4 数据处理
• 5.5 统计分析
• 5.6 实验结果
• 5.6.1 白噪声电流刺激结果
• 5.6.1.1 β波结果
• 5.6.1.2 μ波结果
• 5.6.2 振动噪声刺激结果
• 5.6.2.1 β波结果
• 5.6.2.2 μ波结果
• 第六章 总结和展望
• 6.1 本论文工作总结
• 6.2 进一步需研究的内容
• 参考文献
• 致谢