基于植入电极的大鼠嗅觉与味觉检测及识别方法的研究

发布时间：2018-06-21 07:43

本文选题：基于 + 植入　；参考：《浙江大学》2014年博士论文

【摘要】：动物的化学感受系统具有惊人的能力,能够在极低的浓度下识别数千种分子结构各异的化学物质,其识别精确度和识别速度都远高于当前的人工识别系统。对哺乳动物嗅觉、味觉系统的研究有助于我们了解气味和味道识别的机制,从而研制灵敏性和特异性更高的生物化学识别系统,具有重要的理论和应用研究价值。电生理方法以较低的成本、简便的操作和可长时间测量等优点,在神经监测技术日新月异的今天,依然保持着旺盛的生命力,在嗅觉与味觉信号产生机制、传导通路、编码解码等问题的研究上发挥着重要作用。在本研究中,我们建立了用于研究嗅觉和味觉中枢神经电生理活动的实验平台,将多通道微丝电极阵列植入到麻醉大鼠嗅球和味觉皮层区域,分别检测和记录不同气味和味道刺激下的神经元活动,总结和分析了神经元对化学刺激的响应规律。特别的,我们提出了基于植入式电极的在体生物电子鼻系统的概念,利用大鼠灵敏的嗅觉作为气味传感单元,对其嗅球神经信号进行嗅觉解码,初步实现了气味的分类和识别。本论文的主要内容和贡献如下：(1)建立了麻醉大鼠嗅觉与味觉电生理响应的实验平台。该系统包括嗅觉与味觉刺激装置、呼吸信号记录装置、在体电生理信号记录装置和数据分析平台。详细叙述了实验动物准备及电极植入的过程,分别使用染色和荧光染色的方法对相应组织进行了切片鉴定,确定了电极植入的位置。(2)建立了嗅觉与味觉神经细胞对化学刺激产生响应的评价方法。使用峰电位群向量算法将自发状态下和刺激状态下的神经元活动投射到主成分空间中,当刺激发放与自发放的平均位置的距离超过标准值时,该神经细胞对化学刺激具有明显响应,从而有效地检测和识别出了对不同气味与味道具有特异性响应的嗅球和味觉皮层神经元。(3)研究了麻醉大鼠嗅球电生理活动与呼吸周期之间的关系。统计了自发状态下和气味刺激状态下大鼠嗅球僧帽细胞峰电位发放在不同的呼吸相位的分布情况。实验发现了气味刺激会改变峰电位的分布比例,且这个分布比例会受到气味种类的影响。(4)确定了嗅球僧帽细胞对气味的响应时间和适应时间,确立了实验中气味刺激的时间和数据处理时气味刺激开始时间的标准。探索了僧帽细胞对气味的浓度响应,确立了麻醉大鼠嗅球对气味的响应浓度下限以及实验中气味刺激的浓度范围。研究了麻醉大鼠对气味的特异性响应,探索了嗅球在不同气味刺激下峰电位及局部场电位活动的发放规律和差异。(5)提出了基于植入式电极的在体生物电子鼻系统,使用了多通道微丝电极阵列从麻醉大鼠嗅球采集和记录僧帽细胞对气味刺激的响应,开发了基于嗅球峰电位群向量算法和局部场电位椭圆建模算法来提取表征气味刺激信息的特征向量,使用了支持向量机和k最邻近算法初步实现了四种不同气味刺激的识别和分类。(6)研究了大鼠味觉系统的传导途径,使用植入式电极检测和记录了味觉皮层的电生理活动,分析了味觉皮层神经细胞的发放规律,对味觉中枢对不同味道的特异性响应给了初步的实验结果,为后续的研究打下基础。
[Abstract]:In this study , we have established an experimental platform for the study of olfactory and taste sensory neurons in anesthetized rats . ( 5 ) In vivo biological electronic nose system based on implantable electrodes , a multi - channel micro - filament electrode array was used to acquire and record the response of the olfactory bulb cells to odor stimuli . Based on the olfactory bulb potential group vector algorithm and local field potential elliptic modeling algorithm , the feature vectors characterizing the odor stimulation information were developed .
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R338

【参考文献】