经颅磁刺激在大脑皮质研究中的应用和进展

经颅磁刺激(TMS)是一种能够在脑中感应聚焦电流 ,瞬间调制大脑皮质的无创方法 ,在临床研究、基础神经学和诊治脑疾病等方面有许多应用。通过记录运动皮质诱发电位(MEPs) ,TMS已经或将成为探测脑下行运动路径传导、评价皮质兴奋性、皮质映射和研究皮质塑性的常规工具。TMS能够主动干预脑功能 ,这种特性使它成为研究正常人脑 -行为关系的独特技术 ,可以建立脑活动与任务完成之间的因果联系 ,探索脑功能连接。近年来的许多实验又表明 ,TMS在运动紊乱和精神疾病方面有潜在的治疗作用 ,但达到临床应用还有一定距离。

组织消融一般模型的建立与其温度分布的分析与解析计算

人体组织消融是利用某种形式的能量有意地除去或破坏病理组织如增生的前列腺、肿瘤、造成心率失常的异常传导路径和正常组织如再造冠状动脉的心肌组织的非手术治疗方法。有效地消融要求根据消融条件和消融源预测组织的温度分布。本文的目的就是给出组织消融时温度随时间和空间的完全分布。本文首先建立组织消融的理论模型 ,然后 ,利用Laplace变换方法给出温度随时间和空间的分布函数。为了在不同消融条件和消融源都可以使用本结果 ,确定一些无量纲参数。最后以图形方式给出了温度随这些无量纲参数的分布并做了一些讨论。

磁刺激用平面线圈结构的优化研究

文中建立了采用任意形状平面线圈磁刺激仪的RLC模型 ,给出了模型参数的计算方法。为了优化线圈 ,将磁刺激仪线圈的性能指标分为反映线圈输出性能的峰值磁能和反映线圈结构的几何变量。在磁刺激激活函数达到阈值条件下 ,调整平面螺旋线圈的结构并计算出依赖于线圈结构参数的输出性能值 ,从而 ,寻找最优的线圈几何参数。优化结果表明 :线圈外半径是关键因素 ,给定阈值条件 ,选择合适的线圈外半径 ,可以大大降低线圈峰值磁能 ;另外 ,现在使用的圆环线圈并非最优 ,D形线圈优于圆环线圈。

重复经颅磁刺激仪的优化设计

本文建立了RLC磁刺激仪模型 ,给出了模型参数计算方法。将磁刺激系统的性能指标分为三部分 :反映磁刺激仪输出性能的损耗能量 ;反映线圈输出性能的峰值磁能 ;反映线圈结构的几何变量。在给定磁刺激条件下 ,调整平面螺旋线圈的结构并计算出依赖于线圈结构参数的磁刺激仪和线圈输出性能值 ,从而 ,寻找最优的系统参数。优化结果表明 :线圈外半径和线的直径 (或截面面积 )是关键因素 ,选择合适的线圈外半径和线结构可以大大降低功耗 ,提高磁刺激频率 。

神经和磁线圈的相对位置对磁刺激兴奋点定位的影响

磁刺激时 ,有效地确定兴奋点是十分必要的 ,神经和磁线圈的相对位置对磁刺激兴奋点位置有重要影响。对于位于平行于组织 -空气界面下方平面内的任意走向的直线神经纤维 ,修正的激活函数由感应电场x分量和 y 分量在x方向的导数和直线神经纤维与x轴正方向的夹角决定。只有适当调整线圈的放置 ,使直线神经在八字型线圈中心正下面、平行于八字型线圈共同切线 ,激活函数的负值绝对值最大 ,神经最易兴奋 ;接近线圈表面的神经容易产生兴奋 ,神经纤维的兴奋点在线圈中心正下面;随着神经纤维的深度增加 ,激活函数的峰值迅速减少 ,神经纤维的兴奋点也逐渐偏离线圈中心。

神经纤维对磁刺激的动态响应

给出一种激活函数快速计算方法和公式 ,推导出磁刺激作用下神经纤维的 Hodgkin- Hux-ley模型 ,并建立了神经兴奋与磁刺激仪电路参数之间的联系 .研究了磁刺激作用下神经纤维的阈下、阈上和重复磁刺激响应 .结果表明 ,在不同电容初始充电电压下 ,响应具有阈值性 ;阈下响应在空间和时间上都与激活函数呈现一定的线性 ,两者相差 1 80°;不同强度下的阈上行为有相同的空间分布和时间历程 ,只是响应潜伏期有差异 .1 0 0 Hz以下的重复磁刺激是单脉冲的线性组合 ,没有累积效应 .

磁刺激技术及其进展

磁刺激是一种无创的诊断和治疗技术。我们首先简述磁刺激的基本原理 ,重点综述了磁刺激机制、磁刺激仪、磁刺激应用研究三个方面的进展 。

磁刺激作用下哺乳动物有髓神经强度-时间关系的研究

磁刺激是一种利用强磁场激活神经的方法。本文将功能电刺激广泛使用的哺乳动物有髓神经纤维CRRSS模型用于磁刺激 ,利用该模型计算了传播跨膜动作电位沿神经的分布和时间历程 ,以及用电容初始充电电压表示的给定脉冲宽度的阈值刺激强度 ,并通过引入一组可变宽度的放电电流脉冲 ,确定了强度 -时间关系曲线。该模型在磁刺激作用下的结果如时值等与电刺激作用下得出的结果是一致的。

磁刺激人体可兴奋组织的建模及其感应电场的三维分析

磁刺激是利用时变电流流入线圈 ,产生时变磁场 ,从而在组织内感应出电流使某些可兴奋性组织产生兴奋的一种无创的诊断和治疗技术。本文建立了磁刺激可兴奋性组织的一般模型。确定了一些无量纲参数 ,对感应电场的分布函数进行无量纲化 ,并给出了电场强度三维分布的计算机仿真。文中分析和讨论了决定刺激聚焦和刺激深度的因素 ,确定了设计合理的磁刺激线圈和可以使刺激效果和磁刺激装置都得到优化的依据。

神经形状对磁刺激兴奋点定位的影响

本文首先用一曲线函数表示平行于组织 空气界面下方xy平面内弯曲神经的形状 ,并定义弯曲神经任意一点的方向为该点切线方向 ,然后给出磁刺激弯曲神经时一个修正的激活函数。该激活函数由 4个部分组成 :感应电场沿x、y方向的分量Ex、Ey 和各个分量沿x方向的导数dEx/dx、dEy/dx ,同时 ,激活函数还与神经的弯曲形状有关。三维计算机仿真结果表明激活函数负峰值点的位置在弯曲神经的弯曲起始点附近 ,神经形状影响神经兴奋点 ;磁刺激弯曲神经时 ,在弯曲起始点比较容易产生兴奋。

脑功能的核磁共振成像

功能性磁共振成像技术（ｆＭＲＩ）是研究大脑认识思维活动过程的强有力工具。本文阐述ｆＭＲＩ信号变化的物理基础和ｆＭＲＩ的成像新技术，分析了ｆＭＲＩ中的硬件特点，并展望了ｆＭＲＩ成像方法的前景。

心律失常的消融治疗方法及其进展

消融是一种非手术治疗心律失常的方法 ,经导管的消融方法免除了治疗某些心律失常疾病长期对手术的依赖。本文首先阐明了消融方法病理解剖基础 ,并从能量守恒的观点对消融过程中的热传输和能量转换进行了分析 ,然后 ,详细介绍了最新的几种消融方法即射频消融、微波消融、超声消融 ,最后 ,展望了消融在临床应用和研究上的发展趋势。

用具有混沌特性的神经网络解任务分配问题

利用由一对相互藕合的混沌吸引子作为神经元构造的混沌神经网络来解决任务分配问题 .通过与传统Hopfield人工神经网络解决任务分配问题相比 ,混沌神经网络具有更强的全局搜索能力和寻优能力 .实时分布处理系统任务分配问题实例仿真结果表明 ,该网络解任务分配问题有效地避免了 Hopfield人工神经网络极易陷入局部极小的缺陷 。

Job-shop调度问题的瞬态混沌神经网络解法

采用具有瞬态混沌特性的神经网络 (TCNN)解 Job- shop调度问题。利用神经元的自抑制反馈产生混沌动态 ,其随机搜索能力有效地避免了传统 Hopfield神经网络 (HNN)极易陷入局部极小的缺陷 ;同时利用一时变参数控制混沌行为 ,使网络在经过一个短暂的倍周期倒分岔后逐渐趋于一般的神经网络 ,从而收敛到一个最优或近似最优的稳定平衡点。仿真结果表明 ,该网络解 Job- shop调度问题比 HNN具有更强的全局搜索能力和寻优能力 ,并具有更高的搜索效率。

一种基于小波与概率估计的医学图像配准方法

为提高医学图像配准效果,提出了一种基于小波变换和互信息的配准方法。以小波变换对源图像进行二级分解,并在每个分解层对其子带分量分别进行贝叶斯最大验后概率估计,求概率估计的回归参数,得到配准图像的各小波子带分量,再进行小波逆变换,实现对源医学图像的配准。

基于实验数据计算机仿真大鼠视神经纤维对于胞外点电极刺激的响应与影响

背景:目前的视觉假体有3种,即视网膜假体,视神经假体和视觉皮质假体,保证视神经纤维的正常是使用视神经假体的基础。对于有髓视神经纤维的胞外刺激实际上是胞内刺激的延续和发展,与胞内刺激相比,胞外刺激的优势在于刺激位置的选择更加灵活,操作上的精确度要求相对较低。目的:通过计算机来仿真大鼠视神经纤维对于胞外点电极源刺激的响应,然后考虑电极位置对响应的影响。方法:总结大鼠视神经的实验数据和常见离子通道的特性,分析已有的类Hodgkin-Huyley视神经纤维模型;然后用计算机仿真出神经纤维模型的响应;通过改变胞外点电极源的刺激位置,比较视神经纤维各Ranvier节动作电位的变化。结果与结论:利用模型仿真说明胞外电极位置对视神经响应有影响。点电极源与视神经纤维的垂直距离越近,并且与视神经纤维中心Ranvier节点的水平距离越近,视神经纤维越容易兴奋。

任务分配问题的瞬态混沌神经网络解法

采用具有瞬态混沌特性的神经网络 ( TCNN)解任务分配问题 .该方法利用神经元的自反馈产生混沌动态 ,由于混沌动态特性具有很强的搜索全局最优解的能力 ,有效地避免了传统 Hopfield神经网络 ( HNN)极易陷入局部极小的缺陷 ;同时利用时变参数控制混沌行为 ,使网络在经过一个短暂的混沌倒分岔后逐渐趋于一般的 Hopfield神经网络 ,保证网络收敛到一个最优或近似最优的稳定平衡点 .仿真结果表明 ,TCNN解任务分配问题时 ,总能收敛到全局最优或几乎接近全局最优 ,同时具有更高的搜索效率 .另外 ,还用此方法求解了属于NP-完全问题的实时分布处理系统中的任务分配问题 .

磁线圈感应电场的无量纲化分析和定位(英文)

建立了磁刺激的一般模型 ,以了解和预测磁线圈所产生的感应电场的空间分布 .引入无量纲化分析 ,将影响感应电场强度幅度的因素分成两部分 :c(表示刺激条件 )和 E0 (表示线圈几何特性 ) .通过两种磁线圈电场强度三维分布的仿真 ,确定了磁刺激的效果和影响磁刺激聚焦性和深度的因素 .最后 ,利用本文的结论 ,讨论了在设计合理的线圈、磁刺激仪以达到理想刺激效果时确定电场强度幅度。

Izhikevich神经元网络的同步与联想记忆

联想记忆是人脑的一项重要功能。以Izhikevich神经元模型为节点,构建神经网络,神经元之间采用全连结的方式;以神经元群体的时空编码(spatio-temporal coding)理论研究所构建神经网络的联想记忆功能。在加入高斯白噪声的情况下,调节网络中神经元之间的连接强度的大小,当连接强度和噪声强度达到一个阈值时网络中部分神经元同步放电,实现了存储模式的联想记忆与恢复。仿真结果表明,神经元之间的连接强度在联想记忆的过程中发挥了重要的作用,噪声可以促使神经元间的同步放电,有助于神经网络实现存储模式的联想记忆与恢复。

视觉假体电刺激电流波形的改进研究

目的提出一种设计视觉假体电刺激电流波形的新方法,以减少电极上的峰值电压。方法电极-组织界面等效为RC电路模型;线性下降波形后加入零阶保持器来获得规则采样的零阶保持波形,借助传递函数在Simulink下仿真新设计的电流波形和恒定电流刺激波形在RC模型上引起的电压变化。结果改进后的刺激相波形包括给定数目的一些等时间分段常数段。使用改进的五段阶梯电流波形可使电极峰值电压减少大约12%。结论 Simulink仿真结果说明,使用分段的阶梯电流波形可以减少峰值电压,本研究将会给未来设计改进电流波形提供一定的指导意义。