论文总字数：21624字

摘 要

脑电信号（EEG）是由大脑的神经元活动所产生的自发性、节律性的电生理信号，其中包含有许多重要的生理以及病理信息。多通道在体记录技术是一种近年来流行起来的电生理记录方法，可以对自由活动的大鼠进行脑电信号的记录。当大鼠清醒的时候，可使用该技术同时观察并记录大鼠局部区域几十乃至上百神经元的放电活动，因此可作为分析神经元活动的有力工具。但这一技术对硬件要求较高，涉及到脑机接口结构的设计与制造，组装，电极的手术植入，多通道实时数据的采集与分析等重要环节。

本文拟设计一种八通道的脑机接口结构，以实现对自由活动的大鼠多个脑区电信号的接收以及记录。

1. 本项研究的主要内容包括：脑机接口结构的设计、力学仿真分析、结构打印以及组装。
2. 设计接口结构时应考虑到结构的大小与重量，以免影响大鼠的正常活动；整体结构组装完成后要进行阻值的测量。
3. 该结构为颅外固定装置，与微电极阵列和排母组装后即可得到一个完整的脑机接口装置。

关键词：脑电信号，多通道在体记录技术，脑机接口结构

Abstract

Electroencephalogram (EEG) is a spontaneous, rhythmic electrophysiological signal produced by the brain's neuronal activity, which contains many important physiological and pathological information. Multi-channel in-vivo recording technology is an electrophysiological recording method popular in recent years, which can record the EEG signals of rats during freely moving behavior.When the rats are awake, this technique can be used to simultaneously observe and record the discharge activity of dozens or even hundreds of neurons in the local area of the rat, and thus can be used as a powerful tool for analyzing neuronal activity.However, this technology has high hardware requirements, involving the design and manufacture of brain-computer interface structure, assembly, electrode implantation, multi-channel real-time data acquisition and analysis and other important links.

By designing an eight-channel brain-computer interface structure, the reception and recording of electrical signals in multiple brain regions of freely moving rats are realized.

（1）The main contents of this research include: design of brain-computer interface structure, mechanical simulation analysis, structure printing and assembly.

（2） When designing the interface structure, the size and weight of the structure should be taken into consideration so as not to affect the normal activities of the rat; the resistance value should be measured after the assembly of the whole structure is completed.

（3）The structure is an extracranial fixation device, and a complete brain-computer interface device can be obtained after being assembled with the microelectrode array and the female header.

KEY WORDS: EEG signals, multi-channel in-vivo recording technology,brain machine interface structure

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 神经元电信号的产生与传导 1

1.2.1 静息电位 1

1.2.2 动作电位 2

1.2.3 兴奋的传导 3

1.3 多通道在体记录技术 3

1.3.1 电极微阵列 3

1.3.2 信号传递系统 4

1.3.3 数据采集和分析系统 4

1.4 文章结构 5

第二章 脑机接口结构的设计 6

2.1 目标与要求 6

2.2 结构设计 6

2.3 学习与记忆 7

2.3.1 学习与记忆 7

2.3.2 海马体 8

2.3.3 前额叶皮层 9

2.3.4 遗忘症 10

第三章 力学性能分析 11

3.1 模型导入 11

3.2 材料选择与网格划分 11

3.2.1 材料选择 11

3.2.2 网格划分 12

3.3 施加载荷与约束 12

3.3.1 施加载荷 12

3.3.2 固定约束 13

3.4 结果分析 13

3.4.1 应变分析 13

3.4.2 应力分析 14

第四章 组装 15

4.1 打印 15

4.2 组装 15

4.3 电阻测量 15

第五章 总结与展望 17

致谢 18

参考文献 19

绪论

• 1. 研究背景

人体的大脑是一个复杂的结构，由近千亿个神经元组成。人的许多重要的生理活动如思考，学习以及记忆等都是依赖神经元集群以及相关脑区之间的相互联系。神经元之间的放电活动构成了脑电信号，包含有重要的生理信息。因此在大脑与外界的环境之间建立一种联系方式，使得脑电信号与外部设备的连接就变得很有必要，而想要实现这种连接，就需要用到脑机接口。

脑机接口技术的目的就是在大脑与外界设备之间实现信息交流，而微阵列技术的发展推动了脑机接口技术的进化。它们是近年来发展起来的多通道在体记录技术中相当重要的一环，该技术的发展使得人们可以在神经元网络的层次上对大脑进行研究^[1]。当大脑对某一事件作出反应的时候，总是伴随着神经元的放电行为，多通道在体记录技术可以实现同时对上百甚至上千个神经元的电信号进行记录，是研究大脑神经活动与行为之间关系的有力工具^[2]。

• 1. 神经元电信号的产生与传导

1.2.1静息电位

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