基于神经传导机制的机器味觉建模与仿真分析
发布时间：2021-12-31 06:46
目前,人工智能是全世界范围内重点关注的热点技术,其中机器感知作为人工智能的重要组成部分,是人工智能进行信息获取和实现与外界信息交互的重要来源。机器感知包括机器视觉、机器嗅觉和机器味觉等,其主要目的是利用机器来模拟、延伸和扩展人的感知或认知能力,其中基于生理基础建立神经感知模型是推动机器感知发展的有效手段之一。因此,本文基于味觉生理基础建立味觉神经传导模型,探求人类味觉神经系统感知外界刺激的响应模式,对推动机器味觉感知的发展具有重要的现实意义。生理感知模型是研究生物神经系统各项生理活动的有效手段,为了揭示味觉神经传导机理以及探求味觉系统响应外界刺激的作用模式,本文基于味觉神经生理解剖基础,建立了具有混沌网络特性的味觉神经传导模型。通过梳理味觉神经传导通路,进而抽象神经网络拓扑结构,对神经传导的各个节点进行数字化表达,使用二阶微分方程表征味觉模型中各节点的神经动力学特性,完成从味觉感受器到大脑皮质味觉区的味觉神经传导机制建模。同时采集大脑响应不同强度味觉刺激的脑电信号,一方面通过味觉脑电实验探究大脑响应味觉刺激时的响应规律;另一方面,将味觉脑电信号与味觉神经传导模型响应结果进行对比分析,完...
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２本文研宄思路结构图??本文共分为５个章节，主要研宂内容如下：??第１章介绍了课题的研究背景和意义，从味觉生理解剖基础和建模研究两个方面阐述??国内外的研宄现状并简析，最后提出本文的主要研宄内容
?第２章味觉生理基础与味觉脑电实验???叶皮层????？中央被盖束??三叉神卜耳神‘经节?面神经??ｍｉ??迷走神经＼??膝神经节??图２－１味觉神经传导机制??２．１．２脑电理论基础??大脑是最高级的器官，与人类各项基本生理活动以及情感、睡眠等密切相关。伴随脑??电技术的进步与发展，可实时监测脑电信号的皮外测量技术为研究各项生理活动中大脑的??反应提供了一种无创伤的有效手段，通过观察放置在头皮上的两个电极之间的电势差随时??间的变化，来反应大脑内部神经细胞在这段时间内的电生理活动的总和，这种无创伤的测??量方式为科学研究带来极大便利和机会。脑电信号蕴含大量的生理和心理信息，反映着大??脑各种复杂的生理活动。正常在大脑非死亡状态下，大脑在未受到外界刺激时会自发地产??生一种连续节律性的电位变化，这种脑电信号成为自发脑电。而当人在受到某种刺激时，??脑电波会呈现出一种随机的、特定的诱发脑电波波形，这种脑电信号称为诱发脑电。而引??发此类脑电产生的刺激电位被称为事件相关脑电位［５（）］。??脑电信号是脑功能状态的外部反应，表征大脑的复杂得多项生理活动，信号相对复杂??且有以下几种信号特征［５１］：??１）?信号较弱，非平稳??脑电信号有一定的随机性且信号较弱，通常只有５０？ｌＯＯ＾Ｖ，在进行信息采集的??过程中需要经过滤波器，放大器和模数（Ａ／Ｄ）转换才能被计算机进行识别，由??于影响脑电信号的各项生理因素较多且容易不断变化，故脑电信号同时呈现出非??平稳性特征。??－８－??
?第２章味觉生理基础与味觉脑电实验???过滤波器将干扰信号进行过滤，尽量保持原本信号波形不失真，提升信号信噪比，最后再??经过Ａ／Ｄ转换器进行信号转换，将采集到的原始信号变成计算机可以识别的信号，从而??保存在脑电系统中。??脑电帽电极导联依据国际标准导联１０－２０系统电极位置进行放置，具体位置如图２－２??所示。表２－１所示为电极系统匹配表。??前面??…＃１?根??Ｆｐｌ?１??［／??Ｊ?：?Ｆ３?＾?Ｆ４?＼Ｖ??（ｆ???？?Ｏ?Ｇｉ?－Ｇ４?Ｔ４?Ｊ?ｊ??ａＶ＾＼?＼??左浑＼?Ｐ３?；Ｚ?Ｐ４?／?／右耳??Ｖ５＇．＇?Ｌ．，，ｙ??０１．．．?．?０２??枕坏粗隆??图２－２国际标准导联１０－２０系统电极位置??表２－１?１０－２０电极系统电极匹配表名称??区域?电极?＾??前额?Ｆｐｌ?Ｆｐ２??侧额?Ｆ７?Ｆ８??额区?Ｆ３?Ｆ４?Ｆｚ??中央?Ｃ３?Ｃ４?Ｃｚ??颞区?Ｔ３?Ｔ４??后颞?Ｔ５?Ｔ６??顶区?Ｐ３?Ｐ４?Ｐｚ??枕区?０１?０２???＾?Ａ１?Ａ２???根据研宄结果可知，在大脑皮层主要味觉区域分别为脑顶、脑中央沟、脑岛、眶额叶??皮层，根据大脑皮层味觉区的分布选取相应的电极［５＼味觉初级皮层对应的点极为：Ｐｚ、??Ｃｚ、Ｃ３、Ｃ４、Ｆｚ；味觉次级皮层：Ｆ３、Ｆ４、Ｆｐｌ、Ｆｐ２。??２．２．２实验流程??为达到良好的实验效果，保证脑电实验数据的可用性，需要在实验前进行以下准备工??－１０－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MATLAB的小波降噪研究[J]. 姜波. 电子制作. 2019(13)
[2]自然界信号的1/f特征和感觉神经系统响应特性[J]. 范博强,何裕嘉,于玉国. 中国科学:生命科学. 2016(04)
[3]味觉神经损伤与再生对动物味觉功能影响的研究进展[J]. 范媛媛,于东明,史玉娟,闫剑群,蒋恩社. 生理学报. 2014(05)
[4]人脑对味觉刺激反应的功能磁共振成像的任务模式的初步探讨[J]. 刘雪梅,刘洪臣,金真,李科. 中国医药导刊. 2010(05)
[5]Welch功率谱估计算法仿真及分析[J]. 张峰,石现峰,张学智. 西安工业大学学报. 2009(04)
[6]小波分析及其应用研究[J]. 文进爱,彭仲,欧瑜枫. 大众科技. 2009(08)
[7]孤束核与鼓索间味觉神经信号通路的实验研究[J]. 毛立民,郅媛媛,曲正,韩斯琴高娃,李成树. 现代口腔医学杂志. 2009(02)
[8]Progress in bionic information processing techniques for an electronic nose based on olfactory models[J]. LI Guang1, FU Jun2, ZHANG Jia3 & ZHENG JunBao4 1 State Key Laboratory of Industrial Control Technology, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China; 2 Department of Biomedical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China; 3 Sir Run Run Shaw Hospital, Affiliated with the School of Medicine, Zhejiang University, Hangzhou 310016, China; 4 Faculty of Informatics and Electronics, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China. Chinese Science Bulletin. 2009(04)
[9]味觉感受细胞离子通道和动作电位的建模与仿真[J]. 陈培华,刘晓东,张威,周俊,王平,杨巍,罗建红. 中国科学（C辑:生命科学）. 2009(02)
[10]经典功率谱估计及其仿真[J]. 宋宁,关华. 现代电子技术. 2008(11)
博士论文
[1]孤束核味觉区脑啡肽和γ-氨基丁酸对味觉信息的调制作用[D]. 刘玲.河北医科大学 2008
硕士论文
[1]基于脑电信号的情绪分类研究[D]. 袁海云.南京师范大学 2014
[2]基于脑电信号的视频诱发情绪识别[D]. 段若男.上海交通大学 2014
[3]大鼠味觉厌恶学习对迷走神经传入放电及脑内FOS表达的影响[D]. 李海艳.河北师范大学 2007
[4]味觉细胞芯片及其在味觉传导机理中的研究[D]. 李燕.浙江大学 2006
本文编号：3559810
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２本文研宄思路结构图??本文共分为５个章节，主要研宂内容如下：??第１章介绍了课题的研究背景和意义，从味觉生理解剖基础和建模研究两个方面阐述??国内外的研宄现状并简析，最后提出本文的主要研宄内容
?第２章味觉生理基础与味觉脑电实验???叶皮层????？中央被盖束??三叉神卜耳神‘经节?面神经??ｍｉ??迷走神经＼??膝神经节??图２－１味觉神经传导机制??２．１．２脑电理论基础??大脑是最高级的器官，与人类各项基本生理活动以及情感、睡眠等密切相关。伴随脑??电技术的进步与发展，可实时监测脑电信号的皮外测量技术为研究各项生理活动中大脑的??反应提供了一种无创伤的有效手段，通过观察放置在头皮上的两个电极之间的电势差随时??间的变化，来反应大脑内部神经细胞在这段时间内的电生理活动的总和，这种无创伤的测??量方式为科学研究带来极大便利和机会。脑电信号蕴含大量的生理和心理信息，反映着大??脑各种复杂的生理活动。正常在大脑非死亡状态下，大脑在未受到外界刺激时会自发地产??生一种连续节律性的电位变化，这种脑电信号成为自发脑电。而当人在受到某种刺激时，??脑电波会呈现出一种随机的、特定的诱发脑电波波形，这种脑电信号称为诱发脑电。而引??发此类脑电产生的刺激电位被称为事件相关脑电位［５（）］。??脑电信号是脑功能状态的外部反应，表征大脑的复杂得多项生理活动，信号相对复杂??且有以下几种信号特征［５１］：??１）?信号较弱，非平稳??脑电信号有一定的随机性且信号较弱，通常只有５０？ｌＯＯ＾Ｖ，在进行信息采集的??过程中需要经过滤波器，放大器和模数（Ａ／Ｄ）转换才能被计算机进行识别，由??于影响脑电信号的各项生理因素较多且容易不断变化，故脑电信号同时呈现出非??平稳性特征。??－８－??
?第２章味觉生理基础与味觉脑电实验???过滤波器将干扰信号进行过滤，尽量保持原本信号波形不失真，提升信号信噪比，最后再??经过Ａ／Ｄ转换器进行信号转换，将采集到的原始信号变成计算机可以识别的信号，从而??保存在脑电系统中。??脑电帽电极导联依据国际标准导联１０－２０系统电极位置进行放置，具体位置如图２－２??所示。表２－１所示为电极系统匹配表。??前面??…＃１?根??Ｆｐｌ?１??［／??Ｊ?：?Ｆ３?＾?Ｆ４?＼Ｖ??（ｆ???？?Ｏ?Ｇｉ?－Ｇ４?Ｔ４?Ｊ?ｊ??ａＶ＾＼?＼??左浑＼?Ｐ３?；Ｚ?Ｐ４?／?／右耳??Ｖ５＇．＇?Ｌ．，，ｙ??０１．．．?．?０２??枕坏粗隆??图２－２国际标准导联１０－２０系统电极位置??表２－１?１０－２０电极系统电极匹配表名称??区域?电极?＾??前额?Ｆｐｌ?Ｆｐ２??侧额?Ｆ７?Ｆ８??额区?Ｆ３?Ｆ４?Ｆｚ??中央?Ｃ３?Ｃ４?Ｃｚ??颞区?Ｔ３?Ｔ４??后颞?Ｔ５?Ｔ６??顶区?Ｐ３?Ｐ４?Ｐｚ??枕区?０１?０２???＾?Ａ１?Ａ２???根据研宄结果可知，在大脑皮层主要味觉区域分别为脑顶、脑中央沟、脑岛、眶额叶??皮层，根据大脑皮层味觉区的分布选取相应的电极［５＼味觉初级皮层对应的点极为：Ｐｚ、??Ｃｚ、Ｃ３、Ｃ４、Ｆｚ；味觉次级皮层：Ｆ３、Ｆ４、Ｆｐｌ、Ｆｐ２。??２．２．２实验流程??为达到良好的实验效果，保证脑电实验数据的可用性，需要在实验前进行以下准备工??－１０－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MATLAB的小波降噪研究[J]. 姜波. 电子制作. 2019(13)
[2]自然界信号的1/f特征和感觉神经系统响应特性[J]. 范博强,何裕嘉,于玉国. 中国科学:生命科学. 2016(04)
[3]味觉神经损伤与再生对动物味觉功能影响的研究进展[J]. 范媛媛,于东明,史玉娟,闫剑群,蒋恩社. 生理学报. 2014(05)
[4]人脑对味觉刺激反应的功能磁共振成像的任务模式的初步探讨[J]. 刘雪梅,刘洪臣,金真,李科. 中国医药导刊. 2010(05)
[5]Welch功率谱估计算法仿真及分析[J]. 张峰,石现峰,张学智. 西安工业大学学报. 2009(04)
[6]小波分析及其应用研究[J]. 文进爱,彭仲,欧瑜枫. 大众科技. 2009(08)
[7]孤束核与鼓索间味觉神经信号通路的实验研究[J]. 毛立民,郅媛媛,曲正,韩斯琴高娃,李成树. 现代口腔医学杂志. 2009(02)
[8]Progress in bionic information processing techniques for an electronic nose based on olfactory models[J]. LI Guang1, FU Jun2, ZHANG Jia3 & ZHENG JunBao4 1 State Key Laboratory of Industrial Control Technology, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China; 2 Department of Biomedical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China; 3 Sir Run Run Shaw Hospital, Affiliated with the School of Medicine, Zhejiang University, Hangzhou 310016, China; 4 Faculty of Informatics and Electronics, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China. Chinese Science Bulletin. 2009(04)
[9]味觉感受细胞离子通道和动作电位的建模与仿真[J]. 陈培华,刘晓东,张威,周俊,王平,杨巍,罗建红. 中国科学（C辑:生命科学）. 2009(02)
[10]经典功率谱估计及其仿真[J]. 宋宁,关华. 现代电子技术. 2008(11)
博士论文
[1]孤束核味觉区脑啡肽和γ-氨基丁酸对味觉信息的调制作用[D]. 刘玲.河北医科大学 2008
硕士论文
[1]基于脑电信号的情绪分类研究[D]. 袁海云.南京师范大学 2014
[2]基于脑电信号的视频诱发情绪识别[D]. 段若男.上海交通大学 2014
[3]大鼠味觉厌恶学习对迷走神经传入放电及脑内FOS表达的影响[D]. 李海艳.河北师范大学 2007
[4]味觉细胞芯片及其在味觉传导机理中的研究[D]. 李燕.浙江大学 2006
本文编号：3559810
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