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基于BCI的大鼠运动行为控制的研究

作　者: 杨科峰
导　师: 师黎
学　校: 郑州大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 运动行为控制 无线传输 指令发射器 胡须区
分类号: Q81
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


生物电子技术是以生物学和微电子技术为基础,揭示生物感知、意识电信号的规律,通过对生物电信号的加工处理,获得直观的信息,建立意识的脑模型,实现生物行为乃至意识的控制。动物机器人就是生物电子技术的一个分支,动物机器人的研究将弥补传统机器人难以在特定环境下工作的缺点,也将为残疾人康复等医学领域带来新的发展。本文从动物机器人设计的角度出发,选择SD大鼠为研究对象,以BCI技术为指导,对大鼠的运动行为控制进行了较为深入的研究,主要工作有以下几个方面：一、通过对国内外在动物机器人以及动物控制领域的研究现状进行了全面而细致的研究,对该领域的发展情况和存在的问题有了一定了解,为本文的研究提供了思路。二、从动物控制入手,对BCI系统的基本原理、基本结构进行了深入的研究,通过研究BCI系统的技术特点和控制大鼠运动行为的相关脑区及位点,确定基于BCI的大鼠运动行为控制基本原理。三、针对传统动物行为有线控制的缺点,设计了大鼠运动行为无线控制系统。系统采用Visual Basic 6.0软件开发PC机控制台程序,采用C8051F320和C8051F410芯片搭建硬件系统,通过USB接口实现与PC机的数据通信。控制命令由PC机控制台发出,经无线传输模块传送至背负在大鼠身上的控制器,控制器将命令转换为电压或电流刺激信号,再经由微电极施加到大鼠神经系统相关核团,实现对大鼠运动行为的控制。四、从大鼠的生理特点入手,对大鼠筛选及训练模型进行了研究。提出了以神经刺激控制方式为基本控制手段,以Y-迷宫筛选实验、大鼠运动行为Y-迷宫训练实验、大鼠运动行为控制实验为主要内容的实验方案。五、将所开发的无线控制系统应用于大鼠运动行为控制实验中,对系统性能和控制效果进行了测试。分析了实验结果,对全文的工作进行了总结,并对下一步动物机器人和动物控制的研究工作提出了自己的见解。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
图和附表清单  10-11
1 绪论  11-16
  1.1 研究背景  11
  1.2 研究意义  11-13
  1.3 国内外研究现状  13-14
  1.4 本文课题来源和主要工作  14-16
    1.4.1 课题来源  14-15
    1.4.2 主要工作  15-16
2 基于BCI的大鼠运动行为控制机理  16-23
  2.1 动物对象的选择  16-17
  2.2 BCI系统的原理与组成  17-21
    2.2.1 BCI系统的基本原理  18
    2.2.2 BCI系统的基本结构  18-20
    2.2.3 BCI系统的应用和发展  20-21
  2.3 基于BCI的大鼠运动行为控制原理  21-22
    2.3.1 动物行为训练的原理  21-22
    2.3.2 基于BCI大鼠运动行为控制原理  22
  2.4 本章小结  22-23
3 大鼠筛选及训练的实验设计  23-30
  3.1 大鼠筛选实验设计  23-27
    3.1.1 实验目的  23
    3.1.2 实验方法  23-27
  3.2 大鼠运动行为训练实验设计  27-29
    3.2.1 实验目的  27
    3.2.2 实验原理及方法  27-29
  3.3 本章小结  29-30
4 大鼠运动行为控制器的设计与实现  30-48
  4.1 大鼠运动行为控制器的组成  30-32
    4.1.1 系统组成  30
    4.1.2 系统设计原则  30-32
  4.2 硬件选取  32-37
    4.2.1 微处理器  32-34
    4.2.2 无线传输芯片选型  34-36
    4.2.3 电源的选择  36-37
  4.3 硬件设计  37-39
    4.3.1 指令发射器  37-38
    4.3.2 刺激器  38-39
  4.4 软件设计  39-45
    4.4.1 PC机控制平台  39-41
    4.4.2 对指令发射器的编程  41-43
    4.4.3 对刺激器的编程  43-45
  4.5 系统实现  45-47
  4.6 本章小结  47-48
5 系统相关实验  48-56
  5.1 Y-迷宫筛选实验  48-49
  5.2 微电极选择及植入手术  49-52
    5.2.1 微电极选择  49-51
    5.2.2 微电极植入手术  51-52
  5.3 大鼠运动行为Y-迷宫训练实验  52-53
  5.4 大鼠运动行为控制实验  53-54
  5.5 实验结果及分析  54-55
  5.6 本章小结  55-56
6 总结与展望  56-58
  6.1 总结  56
  6.2 展望  56-58
参考文献  58-61
致谢  61-62
附录  62-64
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  64

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中图分类: > 生物科学 > 生物工程学（生物技术）
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