一种闭环式神经电刺激系统的设计

摘要:为了在脑电信号波形的特定相位处施加电刺激母亲节由来，利用NI公司的通用数据采

集卡和LabVIEW虚拟仪器环境，开发了一种闭环式电刺激系统。采集卡的A/D通道采

样大鼠大脑海马区的场电位信号成功的勇气，LabVIEW程序分析幅值和周期特性科学育儿知识，预测即将到来的场

电位θ节律的波峰或者波谷，并在指定相位处经由采集卡的数字口或者D/A通道输出所

需的刺激信号，以实现闭环式刺激贴吧名字大全。实验结果表明小学语文教研工作计划，θ节律波峰和波谷的预测正确率分别

达到92%和86%。该电刺激系统的通用性和灵活性使其能够用于多种神经节律波相位以

及其他信号特征的预测广东高考填志愿，为神经电生理研究和大脑疾病的电刺激治疗提供了一种新型闭环控

制刺激方法英语四级作文题目。

1引言

在各种神经系统疾病的治疗中，大脑深部组织电刺激正在逐渐成为药物无法控制

的许多疾病的首选治疗方案之一企业改制实施方案，其应用前景越来越广阔。例如:临床上已经利用植入大脑

的电极控制帕金森氏症引起的震颤等运动障碍[1];难治性癫痫病的电刺激治疗也正在开展

临床试验[2-3];电刺激在治疗抑郁症、舞蹈病、老年痴呆症等大脑疾病的研究也进展迅速

[4]炎帝的传说。另外商务宴请，脑组织电刺激也广泛用于神经通路、神经系统药理、突触可塑性和大脑学习记

忆机制等方面的科学研究[5-7]。

闭环控制是这类电刺激应用的一个亟待发展的方向，它可以根据大脑的电活动状

态，在特定时间施加电刺激关于梅花古诗。例如迎国庆图画，在控制癫痫发作时，如果通过监测患者大脑的神经电信

号变化来预测即将发作的癫痫，就能够提高电刺激的抑制效果[8]。实际上人教版七年级下册语文，脑组织神经细

胞的电活动包含各种不同的脑电节律，形成场电位，幅值可达mV级水平[9]孔乙己的性格特点。场电位不

仅可以用于预测癫痫发生的预兆;而且海市蜃楼文言文，在场电位节律的不同相位上施加电刺激校风学风，会产生不

同的效果关于热爱祖国的演讲稿。例如，在大脑海马组织常见的θ节律(2～7Hz)场电位下，当电刺激分别施

加在波峰和波谷时可以诱发出2种截然不同的突触传导的改变中考语文试题及答案，分别称为长时程增强和长

时程抑制元气满满可爱的句子，从而产生兴奋和抑制2种不同的效果[5书香校园，10-11]。因此，闭环式电刺激技术

对于深入研究神经系统工作机制以及发展临床治疗新方法都具有重要意义[3]老师回复家长的暖心话。

但是奥林匹克运动会的格言，目前各种电刺激器产品一般都无法根据脑电信号的变化状态来闭环式发生

刺激信号。而且，脑电变化很快好书推荐作文，不可能通过人工判断来实时地精确控制刺激信号的产生时

间打靶归来 歌词。例如怎样制作七巧板，上述θ节律的波峰与波谷之间的间距小于0.5s。并且实际脑电记录的每个

θ波的形状和周期都在不断变化，给特定相位的准确预测造成困难简历个人介绍。本文利用美国国家仪

器(NationalInstruments一年级看图说话图片，NI)公司的数据采集卡和LabVIEW开发环境，设计并实

现了大鼠大脑海马区θ节律波峰和波谷的自动预测功能档案工作总结，可以根据用户的需求，在预期到

来的波形相位上输出具备特定参数的刺激信号最新qq情侣网名，提供了一种有效的闭环式电刺激方法。

2方法设计

2.1刺激器系统的基本结构

如图1所示教师节座谈会发言，整个刺激器系统的硬件组成包括:PC、NI公司的M系列外置高

性能USB-6251型数据采集卡、美国A-MSystem公司的2100型脉冲刺激器(或者

2200型模拟刺激器、2300型刺激隔离器)和1700型四通道差分放大器(Everett，

WA物理实验，USA)qq空间名称大全。

系统在自行设计的LabVIEW程序控制下运行最好文章网，如图中实线连接所示防溺水安全教育，记录电极

检测的大鼠海马场电位信号经过放大器之后，经USB-6251型采集卡的A/D口采样橘逾淮为枳，并

经过实时分析，自动预测场电位节律的相位;然后，根据用户的设置，在即将到来的特征时

刻(如波峰或波谷)还能孩子多久吉他谱，经USB-6251的I/O口给出刺激脉冲触发信号，触发2100刺激

器产生恒压或恒流刺激脉冲;该刺激信号经过刺激电极施加于神经组织的特定部位，如海马

区的神经输入通路上市场部工作总结，从而诱发神经元集群产生突触电位和动作电位榜样的力量优美句子100字。如果经USB-6251

的D/A口输出模拟信号波形员工月考勤表，并用于控制2200型模拟刺激器登飞来峰翻译，则可以产生任意波形的

刺激信号。

图1虚线连接所示是测试部分冬至佳句，利用ADInstruments公司的ML880Power

Lab多通道记录系统同时采集脑组织场电位信号和刺激信号，用于分析系统预测θ节律的

准确性。

系统使用的USB-6251采集卡具有16路A/D输入通道社会实践的论文，分辨率为l6位制作母亲节贺卡，

采样速率可高达1.25MHz;有2路16位D/A输出通道安利中国奖金制度，分辨率为l6位;还有2

4路数字I/O口，2个可编程32位定时器输入/输出通道等。本设计使用其中1路

A/D转换采集脑电信号我尝到了失败的滋味，1路D/A转换输出模拟信号刺激波形淘宝客服工作职责，以及1位数字输出口

产生刺激脉冲笑猫日记寻找黑骑士。利用LabVIEW提供的各种控件和模块来编程并控制NI采集卡[12-13]机械能守恒定律的应用。

2娜拉出走之后.2系统软件设计

图2所示是刺激系统软件的总体框图作文我是大自然中的一员，它包括数据采集与显示、信号节律分析、

波峰波谷预测、刺激信号输出4个主要模块，下面分别介绍这些模块的实现方法林业工人之歌。

2个人事迹范文.2.1数据采集与显示模块

程序利用LabVIEW的DAQAssistant控件接收USB-6251采集卡高速A

/D的输入信号，参数设置为单通道、模拟电压、连续读模式，采样频率设为20kHz。

程序启动时建立一个数组作为数据采样缓冲区亲情作文300字，存放1s数据企业个人述职报告。数据更新采用队列模式，

每次更新时删去缓冲区最前端的0.1s数据，并在末尾补充最新采集的数据。缓存区中存

放的数据既是虚拟面板上实时显示的内容，也是后台“信号节律分析”模块所分析的对象，这

样保证了显示与分析内容的一致性。缓存区中既要有足够长的数据用于判断神经电信号是否

θ波;同时又要避免过大的缓存区会降低程序运行速度消防演习报道，影响实时性。

虚拟面板上设计的神经电信号显示采用实时显示控件WaveChart我做了一次小实验，刷新模式设

置为带状图表记忆大比拼，自右向左滚动显示济南的秋天。面板上还设计了调试模块，位于分页控件的第2页，

用于放置程序调试时使用的中间显示控件和中间参数等。调试面板与用户面板分离梁山泊的军师歇后语下一句，分别为

刺激器的使用和维护提供了方便。

2小学作文网.2.2信号节律分析模块

该模块分析当前数据缓冲区中存储的场电位信号是否具有θ波特性教师节手抄报50字，如果是，就

估计θ波周期小学四年级语文上册教案，用于预测下一个即将到来的波峰和波谷;如果不是，则将面板上的θ波指

示灯变为红色蝴，提示用户注意当前脑电信号的状态。

海马组织自发场电位在实验记录过程中随时会发生变化，即使在脑电信号以θ

节律为主的时期也会不时夹带短时程的非θ信号小学生中国梦演讲稿。为了正确预测即将到来的θ波峰和波

谷，必须识别并跳过这些非θ波时段优秀团员。

程序判断当前数据缓冲区中1s信号是否是θ节律的依据有2条:一是检查

这段数据的幅值是否达到所设定的阈值范围;二是计算这段信号节律的平均周期，并检查是

否在0摘菜.14～0手工艺制作.5s的θ波周期范围内(即2～7Hz)句子的表达方式有哪些。

如果2条规则之一不满足，即认为当前信号是非θ波高中数学思想方法。如果此时用户按下了“运

行”刺激按钮，并已设置参数顶针对联，要求在θ波峰或者波谷发出刺激信号浴血无名川观后感，那么，程序就弹出

指示窗，等待采集信号中稳定的θ波到来之后下雨天，再根据预测发出刺激。

其中丁可以组什么词，θ波幅值的阈值范围由用户根据前置放大器的输出来设定，平均周期值则

是根据1s带通滤波数据(2～7Hz)，使用过零检测算法求得风景名胜作文。该平均周期用于后续

的波形相位预测算法2020年开学第一课观后感400字。

2.2.3波峰波谷预测模块

该预测模块采用双阈值法[5]，也就是先用设定的波峰波谷阈值确定1s缓存区

数据末端那个周期信号的波峰和波谷街头见闻作文，再用已求得的平均周期进行延时，估计下一个波峰和

波谷出现的时间王守仁诗词。程序从缓存区数组的最后一个数据开始逐个向前推移沙龙活动，判断其值是否大于

波峰阈值或小于波谷阈值天佑我的爱人，连续找到一个峰值和一个谷值后(峰和谷的次序可不同)品质口号，判断

峰与谷之间的时间差是否在θ波周期范围之内空气污染调查报告。如果不是，则预测失败保健食品标识管理规定，将等待数据更新

后再重新进行预测。如果符合条件，则根据已求得的平均周期和系统运行所需时间，从缓存

区数据末端时刻开始插入延时小故事大道理200字，并在延时结束时输出刺激信号。

2古希腊罗马神话故事.2.4刺激信号的输出

刺激信号的输出有2种方式:一是通过USB-6251采集卡的数字I/O输出端

口产生脉冲信号，作为通用刺激器(如A-MSystems公司的2100型、2300型刺激

器)的触发信号，然后由该刺激器产生所需频率、个数和幅值的刺激信号。二是由程序中设

计的波形发生器，通过USB-6251采集卡的D/A转换口，产生方波、三角波、正弦波或

双相脉冲波等任意模拟信号形形色色的人作文，信号的频率、幅值、持续时间以及脉宽等参数都可在虚拟面板

上设置送灵澈。再用它控制刺激隔离器(如A-MSystems公司的2200型刺激器)心死的网名，就可以产

生各种幅值可变的恒压或者恒流刺激信号。

在LabVIEW程序中2016年冬至是哪一天，以上2种输出方式都使用I/O专用控件DAQmx组成

的输入/输出任务环来实现70周年大阅兵观后感。这样在程序的任何部位均可使用局部变量控件来调用该输出任

务。本设计中数字脉冲信号输出通道选为PO.0，模拟波形信号输出通道选为AO.1心情日志大全。

2精卫填海的故事.3动物实验

成年SD大鼠(250～350g离退休管理，购自浙江省医学科学院实验动物中心)，用乌

拉坦(Urethane1肉多的小作文.5g/kg)腹腔注射麻醉后，固定在大鼠脑立体定位仪上整改落实措施，切开头部皮

肤双人跳，打开一侧大脑部分颅骨，经大脑皮层，将记录电极植入到海马CA1区小班游戏教案，并将刺激电极

植入到CA1区的神经输入通路Schaffer侧支上。记录电极为线性排列的微电极阵列电影邓稼先，分

别在CA1区锥体神经元的胞体层和顶树突层记录场电位信号[14]x1950gt。信号经过1700型四

通道放大器放大基督教婚礼主持词，滤波频率范围设置为0植树节手抄报图片.1～5kHz狼图腾 读后感。选择θ波比较明显的顶树突层

的一路信号接入上述刺激系统USB-6251采集卡的A/D通道，用于实时θ波预测竞选班长的发言稿。采

集卡输出的刺激信号则接至2100型刺激器的触发端搞笑的脑筋急转弯，设置此刺激器产生脉宽为0毕业季歌曲.1ms、

强度为0好听的网名女.1～0.4mA的方波脉冲，输出到刺激电极(见图1)最是一年春好处。

26年级下册语文第3单元作文.4系统性能的测试和评价

利用10只大鼠的动物实验数据对系统预测θ波的准确性进行了测试和评价。

如图3所示我们是一家人作文500字初一，将原始场电位信号和系统根据预测结果输出的脉冲刺激信号同时记录下来(

图1)java软件工程师简历。为了避免场电位信号受到刺激的影响学习普通话，测试时并没有将电刺激实际施加到神经通

路上雷雨作文，这样，在记录之后，可以离线计算预测算法的准确性。预测准确性用百分比误差E

表示:

3实验结果

图4所示是系统程序的虚拟面板高考语文作文题目，其中包括场电位采样信号、波峰波谷测试阈值

的设定、平均周期的显示、θ节律指示、输出刺激信号的选择和参数设置、以及预测选择等我不是最弱小的。

表1所示是θ波预测准确性的统计结果，系统在预测时有效地避开了非θ波时

段(见图3)小学五年级期末试卷，共预测波峰544次和波谷451次祝老师节日快乐，两者平均预测误差都小于15%。图

5用直方图分别显示了波峰和波谷预测误差的分布，横坐标为误差E高中语文论文，纵坐标为E值落在

相应区间的预测次数占总数的百分比率禁毒防艾。如果把整个θ波近似看作波峰和波谷各占一半周

期，并将预测误差小于25%的作为准确的预测我的伯父鲁迅先生课堂笔记，那么，波峰预测的准确率为92%国旗下讲话，比

波谷的86%要高美丽的邂逅。经分析发现，海马CA1区场电位θ波的波峰和波谷持续时间的分配

并不均匀，多数波峰较窄而波谷较宽薪酬设计。

计算10组场电位数据θ波(即2～7Hz带通滤波信号)的峰峰幅值半高宽

(见图3所示)，结果表明正峰半高宽仅占θ周期的44信息技术教学设计.2±2多言何益.1%电视购物广告。较宽的波谷上叠

加频率较高的信号之后竞选班长演讲稿，波谷的最低处位置变动较大爱情短信笑话，因此节假日值班表，增加了预测的难度qq特殊符号大全。表1中

依照波谷计算的θ波平均周期的标准差比依照波峰计算的要大医院营销策划案，也说明了这一点青春的格言，因此新党章全文，

波谷预测的准确率较低。

图6所示是将双脉冲刺激施加于Schaffer侧支时CA1区2个层次上记录的

信号公益策划书，刺激强度为0.2mA记金华的双龙洞教学设计。图6a的左侧显示了电极上2个记录位点和神经元的示意

图十五元宵晚会，用于说明胞体层和树突层退伍感言。根据刺激前树突层场电位中明显的θ节律可以判断，图6

(a)和(b)的刺激分别位于θ节律的波峰和波谷。诱发电位的放大波形显示了双刺激在

胞体层产生的神经元集群动作电位(PS1和PS2)，以及在树突层产生的兴奋性突触电位

(EPSP1和EPSP2)教师节手抄报素材。可见2次刺激的PS1和PS2幅值存在明显区别，可用于深入

研究电刺激作用的机制雾霾天气的治理。

4讨论

本文利用通用NI采集卡、刺激隔离器和前置放大器开发了一种闭环式电刺激系

统，用于实现大鼠大脑海马CA1区场电位θ节律相位的自动预测并输出刺激信号，其特

点分析如下:神经组织场电位的节律变化多端[15-16]中式主题婚礼，有δ波、θ波、α波、β波、γ

波和高频纹波等马俊欣，频率范围在0～300Hz交通事故理赔协议，这些波形随时可能出现和消失;而且董事长助理英文，即使

在同一种节律下波形的各个周期也都含有随机变化的成分，致使波形相位的准确预测很困难新课程理念。

因此，本设计在预测中采用了两步法，一是以1s长度为单位，判断当前场记录的电位信

号是否属于θ节律状态，并在面板上给出提示，同时计算θ节律的平均周期;这样，当

出现刺激需求时1256789，可以自动跳过非θ时期。二是在发出刺激信号之前春季旅游攻略，寻找波峰和波谷时

再次确认最后采集的一个波形是否是θ节律桑茶坑道中的诗意。而且开讲了林志颖，在估计即将到来的波峰或波谷时采用

1s信号的平均周期，尽可能避免场电位突变以及依据单个θ波周期可能引起的较大误差

[5]新学期的打算400字，从而在场电位多变的情况下也能够获得高于85%的预测准确率。

本系统具有较好的通用性和灵活性开讲啦 汪涵，只要配备NI采集卡面试常见问题及回答技巧，在广泛应用的LabVI

EW环境下[17-18]冬天的成语，就能够方便地将电生理实验室常用的刺激器和放大器连接成闭环式刺

激系统棵组词。除了预测θ节律的相位以外我国少数民族的传统节日，只要适当调整LabVIEW程序中相应的参数，就可

以用于预测其他节律波形上的相位点，或者用简单的阈值法监测大幅值的痫样棘波等的出现

时刻四年级下册数学计划，以实现闭环控制的电刺激两点天上来。而且，除了用于植入式电极的测量信号以外，也可用于头

皮脑电图等非侵入式测量方法低碳生活的资料。

本设计采用USB-6251型高速采集卡，并且采样频率设为20kHz爱家乡的诗歌。如果仅仅

用于分析较低频率的场电位，可以采用低速采样卡电脑操作技巧。本文使用较高的采样频率是为了考证

LabVIEW程序的实时性渭城曲 王维，为今后拓展快速变化的峰电位等信号的监测打下基础。

另外，与脑电中癫痫征兆等信号特征的预测不同[2关于清明节的内容，8]，本文预测的是场电位波

形的相位小小的幸福，因此，其时间精度要求更高小班班务计划。

5结论

本文利用NI公司的通用数据采集卡和LabVIEW虚拟仪器环境，开发了一种闭

环式电刺激系统，可以预测大鼠海马等脑区的场电位信号中θ等节律波的特定相位，并给

予刺激2016开学第一课观后感。这种闭环方式为研究大脑神经系统工作机制、揭示电刺激对于神经的作用机制以及

开发治疗大脑疾病的方法提供了新型电刺激模式。

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作者简介

封洲燕3g技术，博士、教授国家安监总局18号令，现任教于浙江大学生物医学工程及仪器科学学院，主要研

究领域为生物医学信号处理、神经电生理、医学仪器等。E-mail:hnfzy@.

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陈丹东北话骂人，2009年获学士学位幼儿诗歌朗诵视频，现为浙江大学硕士研究生快乐的时光歌词，主要研究方向为生物医

学信号处理风雨人生路。E-mail:wendy_specialmail@