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搜索人脑神经递质信息和人脑复杂网络信息的测量装置制造方法及图纸

技术编号:7270878 阅读:304 留言:0更新日期:2012-04-15 17:01
本发明专利技术是一种测量人脑神经递质信息和人脑复杂网络信息的测量装置。包含脑波输入与放大-导联装置、模/数转换装置、中央处理单元、数据存储装置、输出装置和输入控制装置。还包括脑波数据采集、S谱生成、寻优、编码区倍频与分维处理、相关计算、相关判别、全脑递质信息、飞鸟图生成输出、网络区倍频与分维处理、网络区分维数选优、HOLO图生成与输出等操作程序,和神经递质模型数据程序。该测量装置按特定的操作步骤,采集脑电信号,提取隐藏在其中的超慢系统信息,并对其进行分析处理后,得到人脑神经递质信息和人脑复杂网络信息数据,分别以“飞鸟图”和“HOLO图”的形式显示输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一项人脑功能扫描技术,特别是一种能对隐藏在人脑波中的超慢涨落信息、神经递质信息和量子化网络信息进行无创探测的装置和方法。在脑功能探测方面,与现代先进扫描技术PET、SPECT、fNMR等相比具有独自的特色和发展潜力。
技术介绍
神经递质信息神经递质(neurotransmitter)是在化学突触传递中担当信使的特定化学物质, 简称递质。随着神经生物学的发展,陆续在神经系统中发现了大量神经活性物质。在中枢神经系统(CNS)中,突触传递最重要的方式是神经化学传递。神经递质由突触前膜释放后立即与相应的突触后膜受体结合,产生突触去极化电位或超极化电位,导致突触后神经兴奋性升高或降低。神经递质的特征是①、在神经元内合成。②、贮存在突触前神经元并在去极化时释放一定浓度(具有显著生理效应)的量。③、当作为药物应用时,外源分子类似内源性神经递质。④、神经元或突触间隙的机制之一是对神经递质的清除或失活。重要的神经递质和调质有①乙酰胆碱。最早被鉴定的递质。脊椎动物骨骼肌神经肌肉接头、某些低等动物如软体、环节和扁形动物等的运动肌接头等,都是以乙酰胆碱为兴奋性递质。②儿茶酚胺。包括去甲肾上腺素(NE)、肾上腺素(Ad)和多巴胺(DA)。交感神经节细胞与效应器之间的接头是以去甲肾上腺素为递质。DA与运动调控有关,它与帕金森氏症的关系的发现,曾获得过诺贝尔奖。③5-羟色胺(5-HT)。5-羟色胺神经元主要集中在脑桥的中缝核群中,一般是抑制性的,但也有兴奋性的。关于神经递质的这些早期知识,由于20世纪90年代G蛋白系统的发现而面目一新,并使本技术能按下述演变过程逐步实现。从脑外探测脑内神经递质活动的信息,是神经科学家长期以来追求的目标。在传统脑波研究中,就有人尝试只以α同步/去同步为指标,就可以观察递质之间的不同反应。有人还据此发表了一对递质之间的典型拮抗曲线。这在一定程度上表明 不同递质可以在脑波上有不同的反应。在超慢电位研究中,有科学家专门考察了多巴胺、5-羟色胺、去甲肾上腺素对超慢电位曲线的不同效应。结果表明,它们之间在慢电位时程和形式上有明显的区别,即不同递质在大脑慢电位活动上是有反映的。但由于当时条件下,递质活动的深入理论尚未出现,又缺乏精密的分析技术,所以也未能形成系统的理论和规则。但该学派的超慢电位研究,曾引起国际上的重视。在现代医学扫描技术的发展中,也把获取神经递质信息作为开发目标之一。PET借助辅助指标——放射性配体,来检测竞争中的递质受体活动数量。已被检测的受体主要是 多巴胺、乙酰胆碱、5-羟色胺、Y-氨基丁酸、谷氨酸以及去甲肾上腺素(α),还涉及到神经肽中的鸦片肽。但它是从测得放射性强度来间接推算神经递质活动水平,而非直接检测神经和神经递质本身的活动。这样获得的第二手资料,始终被认为不及第一手资料可靠,因为它会带来一些难以避免的复杂因素。同时,向人体注入放射性配体,也始终被认为不是一种完全自然的无创技术,会增加应用上的困难。在fNMR技术的发展中,也有获取神经递质信息的尝试。但迄今只能检测到个别神经递质(谷氨酸、Y -氨基丁酸),由于质子NMR测定的浓度限制,大多数递质都超出常规磁共振波谱的检测能力。从上述漫长过程可以看到,在搜索神经递质信息的道路上,寻找一种完全自然的无创技术,取得第一手资料是多么重要。看来,回归到脑波信号是一种选择。因为G蛋白偶联的递质,都以离子通道电信号(慢突触后电位)的方式输出,可以预期它们会在被调制的 EEG中反映出来,而EEG被公认为是一种不会对被试者带来任何伤害的无创技术,它还有方便、灵活、可长时间监测而且成本低廉等优点。尤其是,脑波信号是来自神经组织活动本身, 取得的是完全自然的第一手资料,因此它有不可替代的优点。关键在于要把脑波活动中最精彩、最精密、最精华的深层次信息挖掘出来,再把它们与神经递质的编码机制联系起来。正像DNA编码信息要与碱基对组合联系起来那样, 当把神经编码信息逐步与脑波中精细结构成分的高层次活动紧密联系在一起的时候,就离成功不远了。量子化网络信息大脑功能具有整体性、非局域性。大脑功能是全球化的,在大脑工作中,不是一个个神经元各自为政,而是在相当大的范围内相互关联,大量的神经元构成一个整体,协调一致地工作。一些学者提出大脑纠缠态的概念,即大脑产生和利用量子力学叠加态。科学家 Frohlich认为,生物系统在室温下可能产生大尺度纠缠态。生物系统一般处于室温,这就要求生物纠缠态必须在室温下保持一定时间的相干性。而且,必须是大尺度的纠缠态,才能解释大范围的非局域性、整体性。彭罗斯认为,大脑纠缠态的产生有几个阶段或层次“只有存在某种形式的扩展到整个大脑的适当部分的量子同调时,才能出现一个大脑的统一性”。 Maraball提出意识的波色-因斯坦凝聚假说,认为主导脑功能的是波色子,发生波色-爱因斯坦凝聚,即所有这些波色子都处于同一个量子态,它们完全是一个整体,有非局域性,这是宏观量子现象。物理学中的波色-爱因斯坦凝聚已获得2001年诺贝尔奖。神经网络研究由来已久,但一般都只是有限数量神经元之间构成的小网络,称作神经元网络。它观察经典神经过程的相互作用,很少涉及全球化(全脑)规模,更少有研究量子位、量子叠加态之间的相互作用。量子化叠加系统的出现,将使网络研究有一个大视野。能涵盖整个大脑,甚至大脑以外的世界,从而把经典层次推向全新的量子化层次。众多量子位构成的互联网络中可能出现诸多新现象,例如,量子化相干、纠缠、凝聚、全息乃至意识等。超慢波钱学森曾提出,大脑是一个开放的复杂巨系统。它除了具有大量子系统外,最显著的特征是具有层次性。与简单系统相比,复杂系统不止有一个层次。因此,就脑波而言,它显然不是一个简单系统,它必定有可以搜索到的更多的功能层次。前苏联Aladzalova等科学家于20世纪60年代发表了一系列关于大脑慢电位的论文和著作,记录到从秒级到分钟级的超慢电位。但限于当时的技术条件,未能推广研究和应用。在西方,也有慢电位活动的报导。实际上,1973年Bliss. Lomo发现的长时程增强电位(LTP)和后来的长时程抑制电位(LTD),也属于一种超慢效应。但未能与神经递质检测等目标联系起来。现代神经科学越来越多地证明,突触后电位存在多层次结构。除了熟知的快突触后电位活动(fEPSP,fIPSP)外,还不断发现有着多样化的慢突触后电位活动(sEPSP, sIPSP, LsPSP 等)。在这些发展中,G蛋白的发现具有突出意义(图3),它打开了将慢信号系统研究纳入精密科学轨道的大门。吉尔曼于1994年因其在G蛋白研究上的贡献,获得诺贝尔奖。正是他,在授奖会演说词中提出复杂信号系统的概念。快突触后电位被认为与α波的产生有关;而慢突触后电位则反映G蛋白复杂信号系统输出,它应是一种超慢波。本技术研究的第一步,就是要把这个慢波系统从被调制的脑波中分离出来。本专利技术从普里高津学派的涨落理论着手,从脑波涨落中成功分离出一个超慢信号层次,构成早期的脑涨落图。它以毫赫兹(mHz)为单位,是一个被证明能衍生丰富高级功能的全新层次,称为S谱。量子化分析法本专利技术中的超慢波由于谱带很宽,所以,频率间的量子化结构较易出现。神经生理学中,量子化分析法已成功应用于宏观量子化现象的观本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:梅磊梅苹
申请(专利权)人:梅磊梅苹
类型:发明
国别省市:

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