小鼠睡眠检测干预闭环混合智能系统设计与实现

发布时间：2023-10-29 20:36

　　随着人工智能技术和脑神经科学的发展,脑智能和机器智能融合的混合智能应用和技术已成为交叉学科的热门课题。睡眠作为所有生物必须进行的生理性活动一定有许多秘密等待被挖掘。因此对于睡眠机理的研究在神经科学领域掀起小热潮。海马体的神经回路在生物的学习记忆功能中扮演着很重要的角色。当小鼠在睡眠或半清醒状态下,在小鼠脑区的海马体结构的神经回路中,神经元的局部场电位经常重复着特定的神经振荡活动。为了进一步研究睡眠对于学习记忆功能的影响,首先需要研究睡眠状态下实时检测和干预海马区中那些特定重复的振荡活动的方法。因此本文设计实现了小鼠睡眠检测干预的闭环混合智能系统。本文设计采用Plexon公司的64位神经信号数据采集系统、基于串口通讯的USB脉冲发射器、光控刺激设备共同组成系统的硬件部分,同时基于Juce类库和Open-Ephys开发平台设计开发可视化控制终端作为系统的软件部分,共同组成完整的小鼠睡眠检测干预闭环系统。整个系统具有检测低时延、无人工参与的闭环运行的两大特点。最后系统通过分析小鼠睡眠中Ripple振荡事件发生的频率作为系统检测干预效果的指标。结果表明,系统可以有效检测小鼠睡眠的振荡波并成功干...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
        1.1.1 生物机器结合的混合智能系统研究现状
        1.1.2 神经信息采集和现状
        1.1.3 脑区域神经信息研究现状
        1.1.4 干预生物智能方法研究现状
    1.2 本文的内容和主要贡献
    1.3 文章结构
第2章 相关技术基础
    2.1 采集系统相关设备和技术
        2.1.1 采集电极和探针
        2.1.2 Plexon设备
    2.2 小鼠脑区神经信号机理
        2.2.1 海马体、记忆、睡眠和脑区振荡波活动
        2.2.2 非侵入式光控刺激原理
    2.3 脑电信号处理技术
        2.3.1 脑电信号预处理技术
        2.3.2 脑电信号特征提取技术
        2.3.3 脑电信号特征分类技术
    2.4 软件开发技术
        2.4.1 Juce音频处理框架
        2.4.2 Open-Ephys模块开发平台
    2.5 本章小结
第3章 Ripple检测算法与性能分析
    3.1 Ripple振荡波检测的神经学原理
    3.2 算法实验数据准备
        3.2.1 模拟数据
        3.2.2 真实数据
    3.3 Ripple振荡波实时检测算法
        3.3.1 滑动窗格阈值法PWT
        3.3.2 启发式包络线阈值法HBT
        3.3.3 包络线平滑检测法EDF
        3.3.4 异常事件检测CUSUM法
        3.3.5 算法综合分析
    3.4 本章小结
第4章 系统结构设计
    4.1 系统功能需求定义
        4.1.1 关键功能
        4.1.2 高可用性
        4.1.3 高性能
        4.1.4 高可复用性
    4.2 系统整体架构及关键功能解决方案设计
        4.2.1 系统整体架构
        4.2.2 局部场电位神经信号采集方案
        4.2.3 局部场电位检测分析方案
        4.2.4 闭环系统干预反馈方案
    4.3 详细结构组成
        4.3.1 硬件组成
        4.3.2 软件组成
        4.3.3 系统性能指标
    4.4 硬件系统展示
    4.5 本章小结
第5章 可视化控制终端设计与实现
    5.1 可视化控制终端总体需求描述
    5.2 系统软件模块需求描述
        5.2.1 硬件控制功能需求
        5.2.2 软件补充功能需求
        5.2.3 系统其它需求描述
    5.3 可视化控制终端架构设计
    5.4 可视化控制终端实现
        5.4.1 核心模块设计开发
    5.5 系统展示与性能分析
        5.5.1 系统环境
        5.5.2 性能分析
    5.6 本章小结
第6章 总结和展望
    6.1 本文工作总结
    6.2 未来工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间主要的研究成果
致谢



本文编号：3858825