生物组织的电磁学性质和应用.pptVIP

心电图的形成原理? 激动扩布的电偶学说 容积导体概念 导连的概念、构成和发展 导连和心电图，概念、发展、应用 问题二： EEG的物质基础： 大脑神经细胞（cell）或神经元（neuron）、神经递质（Neurotransmitter）、各种离子等。 神经元是由细胞核(nucleus)，细胞体(cell body)，轴索(axon)，树突（dendrites）和突触(synapse)等所构成的。 神经元之间是通过突触（神经元间的接合处）间的化学物质的传递和化学反应而产生活动电流的方式来接受和传递信息的。 慢振荡电流偶极子模型 突触后电位的电流强度随着与突触的距离增大按指 数 减小，衰减长度λ=0.1 ~ 0.2 mm。在一定距离范围 内，突触后电位就象一个沿树突取向的强度为 P =λI的 电流偶极子。 目前，人们普遍认为：脑电主要是由大脑皮质锥 体细胞顶树突的突触后电位总和形成的。 研究意义 脑电(Electroencephalogram，EEG)是一种非平稳信号，它的频域特性的 正确表达、相位信息的提取以及瞬态波形分析是当前EEG信号研究中的热点 问题。在频域分析方面，功率谱分析一直是人们常用的方法。功率谱分析能 有效地展现信号的二阶信息，却丢失了相位信息和高阶信息。 在大多情况下，这些信息对研究大脑电活动的时空模型和不同功能状态 下大脑动力学行为具有重要的意义。 抽象的信号被定义为信号数值的平方，也就是当信号的负载为1欧姆时的 实际功率。平均值不为零的信号不是平方可积的，所以在这种情况下就没有傅里叶 变换。 由维纳-辛钦定理，如果信号可以看作是平稳随机过程，功率谱密度就是 是信号自相关函数的傅立叶变换 脑电的相位特性 2 研究方法 以往的谱分析方法，如功率谱分析或双谱分析，都有 赖于信号的Fourier变换。虽然Fourier变换在频域上是完全 局部化了的(能把信号分解到每个频率细节)，但在时域上 没有任何局部分辨能力，这对瞬态信号的局部分析十分不 利。因此，Fourier变换不适合脑电分析。相比之下，小波 变换具有良好的时频局部化能力，能有效地提取非稳信号 的特征。对于非稳定变化的信号，人们常常关心的不只是 该信号的幅度细节，而是更注重该信号在不同时刻的频率 和相位细节，这意味着小波变换有可能很适合脑电的相位 分析。 3 基于Fourier变换的脑电相位谱 设X(n)表示一长度为N点的离散时间序列，则离散Fourier 变换的实部与虚部分别为 其中，ф(k)为对应各离散频率成分的相位 4 基于小波变换的脑电相位谱 设X(n)表示一长度为N点的离散时间序列，则在尺 度j上，离散小波分解为 5 基于主成分的脑电相位谱 把主成分分析（PCA）视为一种正交投影，则所有主 成分则是所投影的正交空间中的向量。假设把一维脑电时 间序列看成是由多个变量共同产生的结果，这符合脑电产 生的生物物理过程，即脑电是大量脑神经元群电活动的集 中表现。 由于各主成分彼此不相关，因此所有主成分向量构成一个多维的正交空间，使得我们可以在此正交空间来观察脑电信号的相位变换。 许多人都知道，家里养的鸽子可以从离家几十、几百甚至上千公里的地方飞回家里；燕子等候鸟每年都在春秋两季分别从南方飞回北京，又从北方飞到南方；一些海龟从栖息的海湾游出几百几千公里后又能回到原来的栖息处。它们是如何辨别方向的？尤其是在茫茫的海洋上。难道它们也像人类航海时一样使用指南针吗？大量的和长期的观察研究表明，这些生物从原居处远行后再回到原居处，的确是与地球磁场有关的，或者可能有关的。我们来看看一些观察研究的情况。 曾将两组鸽子分别绑上强磁性的永磁铁块和弱磁性的铜块，在远离鸽巢放飞后，绑有铜块的鸽子全部都飞回鸽巢，但大部分绑有永磁铁的鸽子却迷失方向而未返回鸽巢。这表明永磁铁的磁场干扰，使鸽子不能识别地球磁场。又曾将一组鸽子放置在鸽巢和与鸽巢的地球磁场相同的地磁共轭点(距鸽巢数千公里)之间的中点处，放飞后这些鸽子大约有一半飞回原来的鸽巢，其余的鸽子却飞到鸽巢的地球磁场共轭点处了。这表明鸽子是依靠地球磁场来识别鸽巢的。进一步观察研究发现鸽子头部含有少量的强磁性物质四氧化三铁(Fe3O4)。我国古代的司南指南器就是利用天然磁铁矿石制造的，其主要成分也是Fe3O4。但是鸽子是否是利用其头部的Fe3O4导航(识别地球磁场方向)？又是如何利用Fe3O4导航的？这些都是需要进一步研究的问题。 对出生在美国东南海岸的一种海龟游动进行的观察显示在图4中，幼海龟