CN112370067A - 一种多通道神经元信号采集调控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多通道神经元信号采集调控系统，涉及神经元信号采集技术领域，包括前置阻抗转换模块、模拟放大模块、模数转换模块、数据采集模块、预处理模块、特征提取模块和分类识别模块，所述前置阻抗转换模块与所述模拟放大模块连接，所述模拟放大模块与所述模数转换模块连接，所述模数转换模块与所述数据采集模块连接，所述数据采集模块与所述预处理模块连接，且所述特征提取模块分别与所述预处理模块和所述分类识别模块连接。本发明实现多通道神经元信号采集调控，不仅能满足生物多通道神经元信号提取，而且控制灵活，操作方便，提取精度高，可满足多通道切换以及实现多通道的同步。
Description
技术领域
本发明涉及神经元信号采集技术领域，具体来说，涉及一种多通道神经元信号采集调控系统。
背景技术
神经科学在当今的科研领域是一个重要的分支，从微观层面、介观层面到宏观层面都有很多的研究团队从事相关的工作。这其中，在介观层对神经元功能的理解和调控方面，神经元电信号的获取和调控是研究必须的手段。
哺乳类动物的很多行为是通过大脑的神经元间的相互作用来实现，对于脑特定功能在神经元层的分析和理解需要在脑功能活动的状态下获取到相关的神经元活动的信息。神经元信号的放电频率一般在300Hz以上，而与生物脑组织可相容的微电极一般采用镍镉合金等材料，神经元信号具有高阻抗特性。微电极记录到的多通道神经元放电可以用于研究个体在接收某一刺激或者执行任务时脑区间神经元放电在时间、空间的联系。
恒流刺激是分析脑认知因果关系的重要方法，通过将特定形状和频率的电流施加于生物体，可以在生物体行为上产生特定反应，并同步记录相对应的脑神经元信息，对于分析脑功能具有重要的价值。神经动作电位引起细胞外跨膜离子流的改变，继而引起膜外电压的改变，微电极可以探测到这种改变，从而在记录电极和参考电极间产生电位。传统的采集和获取技术多采用多通道模拟切换的方式，在性能上很难保证通道间的相位同步。而多数的刺激采集系统仍采用切换的模式进行，无法同步采集刺激下的神经元活动。因此，多通道神经元信号采集调控与传输可以为神经科学研究提供一可靠、便捷的工具，对神经科学的基础研究、脑功能调控研究、脑机接口等领域都具有非常重要的意义。
检索中国专利申请号：201010183442.6，公开了基于微电极阵列的多通道神经信息检测系统，该申请案涉及神经生物学检测技术，包括模拟开关阵列，电生理信号检测电路，电化学信号检测电路，电刺激信号发生电路，多路AD转换电路，温度检测电路，高速USB传输电路，无线蓝牙通讯模块和计算机上运行的数据处理软件等。但其基于多通道切换技术，无法实现多通道的同步。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种多通道神经元信号采集调控系统，实现多通道神经元信号采集调控，不仅能满足生物多通道神经元信号提取，而且控制灵活，操作方便，提取精度高，可满足多通道切换以及实现多通道的同步，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种多通道神经元信号采集调控系统，包括前置阻抗转换模块、模拟放大模块、模数转换模块、数据采集模块、预处理模块、特征提取模块和分类识别模块，所述前置阻抗转换模块与所述模拟放大模块连接，所述模拟放大模块与所述模数转换模块连接，所述模数转换模块与所述数据采集模块连接，所述数据采集模块与所述预处理模块连接，且所述特征提取模块分别与所述预处理模块和所述分类识别模块连接，其中；
所述前置阻抗转换模块，用于通过微电极将神经元信号实现阻抗转换和提取；
所述模拟放大模块，用于对采集的神经元信号进行信号放大；
所述模数转换模块，用于对放大的神经元信号进行模数转换；
所述数据采集模块，用于对模数转换的神经元信号进行采集；
所述预处理模块，用于对特征提取后的神经元信号进行处理；
所述特征提取模块，用于对处理后的神经元信号进行特征提取；
所述分类识别模块，用于对提取后的神经元信号进行分类识别。
进一步的，所述分类识别模块连接有传输模块，所述传输模块连接有服务端，所述分类识别模块用于将分类识别的神经元信号通过传输模块传输至所述服务端。
进一步的，所述传输模块还连接有刺激控制模块和刺激波形生成模块，所述刺激控制模块与所述刺激波形生成模块连接，且所述刺激控制模块用于存储波形数字序列，并接收控制指令并调整波形参数，向所述刺激波形生成模块发送波形数字序列；
所述刺激波形生成模块，用于生成模拟刺激波形。
进一步的，所述刺激控制模块包括数据存储器，存储有双极性脉冲、单极性脉冲、单脉冲、正弦、半正弦、三角波、反余弦、lilly波、类lilly波和次lilly波的数字波形序列，且所述刺激控制模块接收控制指令，并基于控制指令确定波形并按照命令要求修改相关波形参数，向所述刺激波形生成模块传输数字波形序列。
进一步的，所述前置阻抗转换模块由单倍增益的低漂移运放单元组成，将高阻抗神经信号转换为低阻抗信号，通过接口与微电极相连，实现对神经元阻抗的转换，并将信息传输至所述模拟放大模块对采集的神经元信号进行信号放大。
本发明的有益效果：
本发明多通道神经元信号采集调控系统，集成前置阻抗转换模块、模拟放大模块、模数转换模块和数据采集模块、预处理模块、特征提取模块以及分类识别模块，通过微电极将神经元信号实现阻抗转换和提取，将对采集的神经元信号进行信号放大，并对放大的神经元信号进行模数转换，对模数转换的神经元信号进行采集和对特征提取后的神经元信号进行处理以及对处理后的神经元信号进行特征提取，并对提取后的神经元信号进行分类识别，实现多通道神经元信号采集调控，不仅能满足生物多通道神经元信号提取，而且控制灵活，操作方便，提取精度高，可满足多通道切换以及实现多通道的同步。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种多通道神经元信号采集调控系统的原理框图。
图中：
1、前置阻抗转换模块；2、模拟放大模块；3、模数转换模块；4、数据采集模块；5、预处理模块；6、特征提取模块；7、分类识别模块；8、传输模块；9、刺激控制模块；10、刺激波形生成模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种多通道神经元信号采集调控系统。
如图1所示，根据本发明实施例的多通道神经元信号采集调控系统，包括前置阻抗转换模块1、模拟放大模块2、模数转换模块3、数据采集模块4、预处理模块5、特征提取模块6和分类识别模块7，所述前置阻抗转换模块1与所述模拟放大模块2连接，所述模拟放大模块2与所述模数转换模块3连接，所述模数转换模块3与所述数据采集模块4连接，所述数据采集模块4与所述预处理模块5连接，且所述特征提取模块6分别与所述预处理模块5和所述分类识别模块7连接，其中；
所述前置阻抗转换模块1，用于通过微电极将神经元信号实现阻抗转换和提取；
所述模拟放大模块2，用于对采集的神经元信号进行信号放大；
所述模数转换模块3，用于对放大的神经元信号进行模数转换；
所述数据采集模块4，用于对模数转换的神经元信号进行采集；
所述预处理模块5，用于对特征提取后的神经元信号进行处理；
所述特征提取模块6，用于对处理后的神经元信号进行特征提取；
所述分类识别模块7，用于对提取后的神经元信号进行分类识别。
借助于上述方案，集成前置阻抗转换模块、模拟放大模块、模数转换模块和数据采集模块、预处理模块、特征提取模块以及分类识别模块，通过微电极将神经元信号实现阻抗转换和提取，将对采集的神经元信号进行信号放大，并对放大的神经元信号进行模数转换，对模数转换的神经元信号进行采集和对特征提取后的神经元信号进行处理以及对处理后的神经元信号进行特征提取，并对提取后的神经元信号进行分类识别，实现多通道神经元信号采集调控，不仅能满足生物多通道神经元信号提取，而且控制灵活，操作方便，提取精度高，可满足多通道切换以及实现多通道的同步。
其中，所述分类识别模块7连接有传输模块8，所述传输模块8连接有服务端，所述分类识别模块7用于将分类识别的神经元信号通过传输模块8传输至所述服务端。
其中，所述传输模块8还连接有刺激控制模块9和刺激波形生成模块10，所述刺激控制模块9与所述刺激波形生成模块10连接，且所述刺激控制模块9用于存储波形数字序列，并接收控制指令并调整波形参数，向所述刺激波形生成模块10发送波形数字序列；
所述刺激波形生成模块10，用于生成模拟刺激波形。
其中，所述刺激控制模块9包括数据存储器，存储有双极性脉冲、单极性脉冲、单脉冲、正弦、半正弦、三角波、反余弦、lilly波、类lilly波和次lilly波的数字波形序列，且所述刺激控制模块9接收控制指令，并基于控制指令确定波形并按照命令要求修改相关波形参数，向所述刺激波形生成模块10传输数字波形序列。
其中，所述前置阻抗转换模块1由单倍增益的低漂移运放单元组成，将高阻抗神经信号转换为低阻抗信号，通过接口与微电极相连，实现对神经元阻抗的转换，并将信息传输至所述模拟放大模块2对采集的神经元信号进行信号放大。
另外，具体的，对于上述预处理模块5来说，其预处理模块5用于消除噪音，其将采集到的信号进行小波变换，得到小波系数，然后在小波变换域上利用信号与噪音的不同性质，对高频系数进行限值化处理。
另外，所述刺激波形生成模块10包括数模转换电路、电压调整电路、光耦隔离电路和电压和电流转换电路。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，集成前置阻抗转换模块、模拟放大模块、模数转换模块和数据采集模块、预处理模块、特征提取模块以及分类识别模块，通过微电极将神经元信号实现阻抗转换和提取，将对采集的神经元信号进行信号放大，并对放大的神经元信号进行模数转换，对模数转换的神经元信号进行采集和对特征提取后的神经元信号进行处理以及对处理后的神经元信号进行特征提取，并对提取后的神经元信号进行分类识别，实现多通道神经元信号采集调控，不仅能满足生物多通道神经元信号提取，而且控制灵活，操作方便，提取精度高，可满足多通道切换以及实现多通道的同步。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种多通道神经元信号采集调控系统，其特征在于，包括前置阻抗转换模块(1)、模拟放大模块(2)、模数转换模块(3)、数据采集模块(4)、预处理模块(5)、特征提取模块(6)和分类识别模块(7)，所述前置阻抗转换模块(1)与所述模拟放大模块(2)连接，所述模拟放大模块(2)与所述模数转换模块(3)连接，所述模数转换模块(3)与所述数据采集模块(4)连接，所述数据采集模块(4)与所述预处理模块(5)连接，且所述特征提取模块(6)分别与所述预处理模块(5)和所述分类识别模块(7)连接，其中；
所述前置阻抗转换模块(1)，用于通过微电极将神经元信号实现阻抗转换和提取；
所述模拟放大模块(2)，用于对采集的神经元信号进行信号放大；
所述模数转换模块(3)，用于对放大的神经元信号进行模数转换；
所述数据采集模块(4)，用于对模数转换的神经元信号进行采集；
所述预处理模块(5)，用于对特征提取后的神经元信号进行处理；
所述特征提取模块(6)，用于对处理后的神经元信号进行特征提取；
所述分类识别模块(7)，用于对提取后的神经元信号进行分类识别。
2.根据权利要求1所述的多通道神经元信号采集调控系统，其特征在于，所述分类识别模块(7)连接有传输模块(8)，所述传输模块(8)连接有服务端，所述分类识别模块(7)用于将分类识别的神经元信号通过传输模块(8)传输至所述服务端。
3.根据权利要求2所述的多通道神经元信号采集调控系统，其特征在于，所述传输模块(8)还连接有刺激控制模块(9)和刺激波形生成模块(10)，所述刺激控制模块(9)与所述刺激波形生成模块(10)连接，且所述刺激控制模块(9)用于存储波形数字序列，并接收控制指令并调整波形参数，向所述刺激波形生成模块(10)发送波形数字序列；
所述刺激波形生成模块(10)，用于生成模拟刺激波形。
4.根据权利要求3所述的多通道神经元信号采集调控系统，其特征在于，所述刺激控制模块(9)包括数据存储器，存储有双极性脉冲、单极性脉冲、单脉冲、正弦、半正弦、三角波、反余弦、lilly波、类lilly波和次lilly波的数字波形序列，且所述刺激控制模块(9)接收控制指令，并基于控制指令确定波形并按照命令要求修改相关波形参数，向所述刺激波形生成模块(10)传输数字波形序列。
5.根据权利要求1所述的多通道神经元信号采集调控系统，其特征在于，所述前置阻抗转换模块(1)由单倍增益的低漂移运放单元组成，将高阻抗神经信号转换为低阻抗信号，通过接口与微电极相连，实现对神经元阻抗的转换，并将信息传输至所述模拟放大模块(2)对采集的神经元信号进行信号放大。
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