动物行为检测技术进展及展望

行为是机体的重要功能表现,对行为学效果进行评估是神经科学研究领域的重要组成部分之一。传统的行为学检测都以直接观察和手工记录为主,存在定性武断、耗时费力和指标过于主观等诸多问题。现代电子技术和计算机技术的引入,极大推动了行为学分析技术和概念的进步,使其在检测手段、检测参数、实验效率与准确率等方面取得了长足的进步,以其无创性和高灵敏度的特点在创伤救治、药理学、分子生物学以及精神病学等研究领域中日益受到重视。针对国内目前这方面的研究还比较薄弱,实验设计也比较陈旧的现状,本文将主要介绍动物行为学检测技术方面的进展与展望。     

应用连续小波变换提取脊柱手术中脊髓功能特征参数的研究

在脊柱外科手术中,为防止脊髓神经功能损伤进行术中脊髓功能监护十分必要。本研究以特发性脊柱侧弯矫形手术中脊髓功能的电生理监护特征参数提取技术为目标,试图解决监护参数在时域参数变异性较大、容易受干扰的问题。运用连续小波变换方法对手术中采集的体感诱发电位分析处理,提取信号在时频域的三个新的特征参数。通过本研究表明,在脊柱手术监护中,运用连续小波变换获得的时频域特征参数比单纯在时域分析参数具有更小的变异系数。因此时频域特征分析参数比单纯时域的幅值和潜伏期分析更稳定和可靠。在脊柱手术中如果应用时频监护参数可能会更有效地避免脊髓损伤。     

视觉诱发电位判别注视目标的实验

目的:传统的眼球跟踪方式是一种比较直接和容易理解的人机接口方式,但实现起来有一定的技术障碍,为此,探索一种可以利用视觉诱发电位信号区分受试者所注视的目标的实验方法。方法:选择2004-06解放军第三军医大学大坪医院野战外科研究所视力或矫正视力正常的工作人员6名,男4名,女2名,年龄24～43岁。采用双计算机和ActiveOne生理信号测量系统建立了视觉诱发电位检测实验系统,计算机屏幕上闪烁的小方块代表不同的注视目标,受试者注视其中一个目标30s,对检测到的脑电信号采用累加平均法和频谱分析法进行分析处理,提取视觉诱发电位。结果:6名受试者,共36次试验,实验数据全部进入结果分析。应用该系统分析实验数据波形,均能分辨出视觉诱发电位信号。结论:当多个刺激目标进入视野,检测出的视觉诱发电位是由受试者所注视的刺激目标引起。瞬态视觉诱发电位和稳态视觉诱发电位均可以判别注视目标,视觉诱发电位适用于脑机接口研究。     

基于想象左右手运动脑电特征提取及其统计特性分析

目的 基于想象运动的脑-机接口(BCI)系统中,探讨如何获取思维脑电、提取特征并对其进行准确而有效地分类.方法 利用小波变换方法构建小波系数提取不同思维脑电特征,并从统计学的角度对这些特征进行分析.结果 在实际动作前0.5～1 s左右,想象左右手运动时C3和C4处各自具有明显不同的脑电特征,且这些特征存在显著性差别(P＜0.05)说明小波系数能很好的反映不同思维脑电的特征.结论 小波分析方法可以有效抑制或消除噪声和提取反映不同思维的脑电特征,通过对构建出的小波系数特征作统计学上的特性分析发现不同思维脑电具有显著性差别,该特征为后续分析中得以被准确地转换(识别分类)提供了更为可靠的保证.     

基于单一加速度传感器的士兵状态微型监测器研制

目的为实现低生理、心理负荷下的士兵状态实时监测,设计一种用于战场环境的微型士兵状态监测器。方法选用MMA7260传感器采集士兵运动加速度信号和静止时的心跳加速度信号,经模拟电路处理后由Zigbee无线通信实时传输数据到单兵数字终端,并在终端系统实现士兵状态分析和心率检测。结果有效采集和处理加速度信号,实现了静止、步行、跑动(站立、平躺、侧卧)等姿态的识别;计算出静止时士兵的心率。结论采用加速度传感器MMA7260和Zigbee芯片CC2430设计出一个体积小、重量轻、功耗低的微型士兵状态监测器,能实时监测士兵运动状态和安全状况。     

呼吸、体温两生理参数检测电路的设计

介绍了一种由8Xc196单片机控制的用于检测人体呼吸节律、体温参数监护仪的设计。系统采用液晶显示器（LCD）作为显示屏,具有实时显示呼吸波及其频率、体温参数以及呼吸频率、体温24h趋势图和自动报警功能。并可通过RS232接口与PC机之间进行数据传输。     

基于想象左右手运动思维脑电的提取及分类研究

目的 在基于思维作业的脑-机接口中,探讨如何提取脑电信号特征并对其进行准确有效地分类.方法 对5例受试者进行3种不同思维作业试验,并对每例受试者两种不同思维作业脑电进行组合,随后用确定性自回归模型(fixed autoregressive models,FAR)和自适应自回归模型(adaptive autoregressive models,AAR)提取脑电特征,分别利用Burg's算法得到FAR特征系数和最小均方误差算法得到AAR特征系数;最后通过前向BP神经网络对这些特征进行分类.结果 利用FAR模型得到的最佳分类结果为93.52%,利用AAR模型得到的最佳分类结果仅为87.96%.结论 同AAR模型相比,FAR模型可以更好地提取不同思维脑电特征,并在采用合适识别分类算法基础上获得更佳分类效果.     

动态环境血氧饱和度监测的运动干扰分离自适应对消方法

目的为解决动态环境中脉搏血氧饱和度监测容易受到运动干扰的问题,提出一种新的运动干扰分离自适应对消方法。方法在对动态环境光电容积脉搏波信号干扰分析的基础上,首先通过计算信号包络提取出红光和红外光光电容积脉搏波信号的交流分量,并分离出与干扰相关的信号,然后将其作为参考信号进行自适应滤波,去除运动干扰。结果采用本文提出的方法可有效抑制运动干扰对血氧饱和度结果的影响。结论本方法充分利用了光电容积脉搏波信号包含的信息,具有结果准确、稳定,运算量小的特点,可应用于动态环境血氧饱和度的监测。     

不同年龄大鼠脊髓组织中天冬氨酸特异酶切半胱氨酸蛋白酶3的活性及坐骨神经损伤后的表达变化

目的:观察不同年龄大鼠脊髓组织中天冬氨酸特异酶切的半胱氨酸蛋白酶3表达情况及其在坐骨神经损伤后的表达变化,并分析其与脊髓细胞凋亡的关系。方法:实验于2004-03/09在解放军第三军医大学大坪医院野战外科研究所完成。选择Wistar大鼠324只,成年、幼年、老年大鼠各108只。不同年龄组动物均随机分为对照组和手术组,对照组12只为非手术组;手术组共96只,分为术后1d,3d,1周、2周、3周、4周、5周、6周8个时间组,每组12只。各手术组大鼠均在戊巴比妥钠麻醉后,切除股方肌下缘约6mm的坐骨神经。大鼠脊髓细胞凋亡情况采用原位缺口末端标记法及流式细胞仪AnnexinⅤ/PI双标检测法,原位缺口末端标记阳性细胞及AnnexinⅤ阳性细胞即凋亡细胞;大鼠脊髓组织中天冬氨酸特异酶切的半胱氨酸蛋白酶3表达情况应用免疫组化法检测;大鼠脊髓组织中天冬氨酸特异酶切的半胱氨酸蛋白酶3活性应用ActivityAssay试剂盒检测。结果:所有大鼠全部进入结果分析,无脱失。①脊髓细胞凋亡情况的原位缺口末端标记及流式细胞仪AnnexinⅤ/PI双标检测结果:正常成年及老年大鼠未见明显标记的阳性细胞,正常幼年大鼠可见个别阳性标记细胞,坐骨神经损伤诱导脊髓神经细胞凋亡的高发时间为伤后2～4周,老年大鼠细胞凋亡持续时间较长。各手术组正常侧与对照组相比差异无显著性意义(P>0.05)。不同年龄大鼠AnnexinⅤ阳性细胞出现时间均早于原位缺口末端标记阳性细胞。②天冬氨酸特异酶切的半胱氨酸蛋白酶3活性及表达情况比较:幼年正常组天冬氨酸特异酶切的半胱氨酸蛋白酶3表达及天冬氨酸特异酶切的半胱氨酸蛋白酶3活性均高于成年及老年大鼠(P<0.01),损伤后各年龄组均有明显变化,幼年正常组损伤后1d天冬氨酸特异酶切的半胱氨酸蛋白酶3开始升高,升高时间早于成年及老年组。各手术组正常侧与对照组相比差异无显著性意义(P>0.05)。结论:脊髓细胞凋亡情况与天冬氨酸特异酶切的半胱氨酸蛋白酶3活性测定结果有较好的相同改变趋势,提示天冬氨酸特异酶切的半胱氨酸蛋白酶3的活化是细胞凋亡的早期生物化学指标。不同年龄大鼠正常时脊髓组织中天冬氨酸特异酶切的半胱氨酸蛋白酶3表达以其在坐骨神经损伤后的表达变化存在差异,说明针对不同年龄段发生的周围神经损伤,其促进神经再生调控时期不同。     

移动心电信号QRS波形相似度指标的选择方法

目的:对移动心电信号QRS波形相似度指标进行评价和筛选,以便快速、准确地对心电图信号进行分类。方法:实验于2005-06/12在解放军第三军医大学野战外科研究所,创伤、烧伤与复合伤国家重点实验室完成。①利用心电图信号建立带有个性化的正常QRS波群模板。②用待测波形与模板的绝对误差和相对近似值作为QRS波群的评价指标。③通过各指标与QRS波群关键参数、QRS波群类别的对照关系,以及评价指标相互比较的方法进行评价。结果:①能量相似度评价指标在整个QRS宽度的分布上没有明显的特征,数值都集中在0.95～1.0之间,对QRS波群不具有区分性。②利用波形相关分析计算的相对评价指标对窦性和室上性QRS波群的分辨准确率高达99.99%,但对室性波和噪声的分辨率仅为21.57%和16.92%。③绝对误差相似度评价指标对QRS波群的分辨总体上可达到97.84%,对异位波形与噪声的区分准确率为100%和95.38%,对窦性和室上性QRS波群的分辨率为98.13%。④相关评价指标和绝对误差指标联合应用对QRS波群分辨率高达99.48%。结论:所设计的绝对相似度和相对相似度评价指标,在一定程度上都能反映移动心电信号的QRS波群的特征信息。由于二者各具优缺点,将两种评价指标结合使用,可以提高QRS波群评判的准确性,在信号分类中可做到快速性与准确性的统一。