电生理学基本知识与技术_139详解.ppt

电生理学基本知识与技术 朱克刚 （药理学副教授、机能学部主任 兼机能学综合实验室主任） 生物膜的电学特性 生物膜的等效电路 膜时间常数 跨膜离子电流与膜电位变化 刺激电流与膜电位变化 刺激强度与膜电位变化 生物膜的等效电路 生物膜的结构与跨膜信号转导 可兴奋细胞的跨膜电位差与离子的选 择性通透性 跨膜电位差的物理学描述—电阻抗（R）或膜电阻（Rm) 膜可贮存电荷的物理学描述—电容器（C）或膜电容（Cm） Rm与Cm的并联关系即膜的等效电路 膜时间常数 刺激与兴奋 矩形脉冲刺激电流引起的膜电位变化 ?Vm=I/Cm 的原理 进一步的物理学与生物物理学描述 理论意义与实际应用 跨膜离子电流与膜电位变化 欧姆定律及其表述 应用欧姆定律描述跨膜离子电流与膜电位的关系 研究I-V关系的理论意义 实际应用 刺激电流与膜电位变化 刺激引起兴奋的条件 外向和内向刺激电流引起的膜电位变化 刺激强度与膜电位变化 刺激引起兴奋的原理 动作电位的全或无特性 神经干或组织受刺激的表现 生物电信号的特性 信号微弱：电压为mV～μV，电流为nA～pA 频率特性：生物机能信号频率范围很大 大，故在使用生物电极放大器时应选择 适宜的频带 信号源内阻高：包括组织皮肤内阻及细 胞膜电阻等，可达几千乃至数万欧姆 易受其他电信号干扰：① 生物电之间 的相互干扰 ② 50Hz交流电源对记录电 信号的干扰 ③ 电极极化电位的干扰 ④ 感应电场及空间电磁波的干扰等 生物电记录方法及原理 生物信号记录的框架图 生物电信号拾取 生物电信号的放大与记录 诱发生物电现象产生 干扰问题 生物电信号拾取 信号拾取的定义与记录电极的等效 电路 信号拾取的两个原则 关于刺激伪迹 诱发生物电现象产生 人工诱发生物电的常用方法 电刺激器的电脉冲及其矩形波特征 干扰问题 干扰问题的广泛性 50赫兹的交流电干扰及其预防： 仪器的噪声和放大器的信噪比参数： 一般信号电平与噪声电平比值﹥10才能 满足实验记录需要 其它 生物信号放大器的性能指标及作用 通频道 高增益 高输入阻抗 高共模抑制比 信噪比 低漂移 通频道的定义 放大器的时间常数（高通滤波） 放大器的高频滤波（低通滤波） 具体图例 具体参数的设置 增益和高增益 有关计算公式 单纯应用高增益放大器的局限性（见 下节） 生物电信号源的高内阻性 输入电阻及信号源内阻与放大器输出电压信号的关系 理论意义与实际应用 共模信号与差模信号 共模抑制比（差分比） 信噪比的定义及其理论与实际意义 漂移的定义及其理论与实际意义 关于电刺激器的应用 生物信号放大器的性能指标及作用 — [通频道] 通频道（带宽） 1. 通频道又称带宽，是放大器选择与直流或交流生 物信号相适应频率范围的技术指标 2. 生物放大器的通频带下限为0、上限最大频率通 常在6kHz以内，这基本能满足机能实验需要 3. 根据所观察生物信号的频率特性,选择相应带宽 可通过调节放大器的“时间常数”和“高频滤波”实现 。如在放大器前、后极之间常设置有低和高频电路 4. 时间常数（又称高通滤波）和高频滤波（又称 低通滤波）都是表征RC电路频率响应的参数，其实质 都是滤波 生物信号放大器的性能指标及作用 — [通频道] 1. 时间常数决定放大器带宽的下限频率(f1)即衰减 信号中的低频成份，而让高频成份全部通过，意义在于 消除信号基线的漂移和低频噪声。计算下限的频率： f1=1/2?RC （ ?=3.14, t=RC） 2. 公式中每一个时间常数t对应一个f1，低于f1的信 号常被衰减70%以上，且频率越低衰减越厉害 3. 因滤波器对信号中不同频率成份的传递函数不同 ，其应用常面临信号失真的问题。就特定信号而言，滤 波器的通频带越宽、失真就越小，但噪声和干扰却越大 生物信号放大器的性能指标及作用 — [通频道] A D P M f1 f2 f(Hz) 1. 高频滤