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鱼的行为控制系统研究

魏学谦  
【摘要】:本课题的研究目标是建立一套水下生物的电刺激系统和行为控制方法。基于鱼类的脑功能研究与行为控制系统设计的核心是脑-机接口技术,包括微刺激器及微电极的设计、刺激靶点的脑定位研究、电极的植入及固定和防水方法的研究,以及对脑功能和神经信息的分析。 在研究初期,主要完成了鱼的脑部解剖结构和脑神经电生理功能方面的基础研究。在脑定位技术研究中,提出了以鲤鱼颅骨特征定位大脑的方法,建立了鲤鱼脑定位三维坐标系,可以较为准确的定位各个脑区的位置。信号采集和电刺激实验中使用的电极是自主设计的微电极,与之前使用的几种电极相比,其电学性能和生物相容性更好。此外,通过对鲤鱼麻醉和固定、电极固定和防水设计的研究,还建立了一套微电极植入技术操作规范。 在脑电信号采集与分析实验中,通过分析静止和运动状态下的脑电信号发现,小脑和小脑瓣有明显的同步放电现象,信号呈特定的频幅特性。在转向动作出现时,分析采集到的小脑和小脑瓣的电信号发现,小脑位置信号中分离出的Spike更密集,证明了小脑是鲤鱼的动作协调中枢。在电刺激实验中,采用了有线和无线刺激两种方式,刺激信号为电流信号和脉冲电压信号。通过对脑区运动区的中纵束进行刺激可以引起前进动作,在远离中线的位置进行刺激可引起同侧转向动作,当刺激点距离运动区越近时,能引起运动动作的刺激信号的阈值越小。通过脑刺激和肌肉刺激的方式,实现了控制鲤鱼在特定路径上的循迹任务。


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