光学元件和光学神经计算机

现代计算机与神经系统有着千丝万缕的关系:在二次世界大战之际,数学家维纳、冯·诺依曼和一批神经生物学家们共同建立了现代计算机原理。在80年代之前,计算机主要是机械地执行算法指令。近几年来,加州理工学院的科学家们提出了光学神经计算机的设想,并在实验室内建立了实验性的模式识别系统,该系统有朝一日会有效地解决随机问题。光学神经计算机的关键在于要按神经元在大脑中排列的方式来布置光学元件。一、如何用计算机来识别“鸟”一般来说,一个牙牙学语的小孩就能轻而易举地从图册中辨别出一只鸟来,但是用一台功能很强的超级计算机来执行这个任务,却不能得到满意的结果。为什么用计算机来辨别物体会如此困难呢?这个问题     

关于拾取表面肌电信号的电路设计和探究

表面肌电信号（SEMG）是人体自主运动时神经肌肉活动发放的生物电信号,能反映神经、肌肉的功能状态。由于SEMG信号的特点,极易受50Hz工频信号、高频信号等噪声干扰,因此需要对所采集的信号进行去噪处理。拾取表面肌电信号的电路主要由采集、放大、滤波三大模块组成,具有很高的共模抑制比,并能有效地滤去50Hz工频信号和高频噪声,并在实物电路模拟中取得了较为理想的实验效果。     

肉毒杆菌毒素对部分去神经肌肉中的轴突长芽的阻遏作用

在前一工作中,我们报导了神经夹毁后再生并重新支配肌肉,在肉毒杆菌毒素(简称肉毒)中毒的肌肉能够与在正常肌肉一样有效地进行,因此通过神经再生可以较快地使肉毒麻痹的肌肉恢复功能。稍后Thesleff等报告了同样的结果。当一块正常的肌肉被部分去神经时,人们知道,遗留的运动神经纤维能从其顶端或近顶端处长出侧枝以重     

关于拾取表面肌电信号的电路设计和探究

表面肌电信号(SEMG)是人体自主运动时神经肌肉活动发放的生物电信号,能反映神经、肌肉的功能状态.由于SEMG信号的特点,极易受50 Hz工频信号、高频信号等噪声干扰,因此需要对所采集的信号进行去噪处理.拾取表面肌电信号的电路主要由采集、放大、滤波三大模块组成,具有很高的共模抑制比,并能有效地滤去50 Hz工频信号和高频噪声,并在实物电路模拟中取得了较为理想的实验效果.     

用意念操控电脑

英国埃塞克斯大学计算器与电子系统学系教授甘强研发出新式装置，能够“阅读”人脑电波。用户只要戴上帽状装置，即可控制简单的计算机程序。帽型装置上有10条电极管，可以探测人脑神经元之间的电流活动改变。当用户脑中想着某个动作，装置就会发出一组特定讯号，让计算机加以识别。用户初用时，需按计算机屏幕指示，重复想象移动左手或右手，让计算机熟悉个人特有的脑电波模式。甘强教授表示，研发阅读脑电波装置，     

可用意念控制的轮椅

近日，西班牙科学家研制出一部可以用人的意念来操作的轮椅。 这部轮椅上装备着一部电脑，通过连接着轮椅的激光扫描仪，周围环境将会以三维图像的形式出现在电脑的显示屏上。使用者只要对着屏幕上想去的地方集中精力，头上的电极头盔就能将其想法“翻译”给轮椅，最后将使用者送到目的地。     

基于sEMG振子模型的骨骼肌等长收缩力与固有特性的能量核表征方法

提出了一种肌肉等长收缩力估计与肌肉固有特性表征的新方法,称为能量核方法.此方法的初衷在于将表贴EMG(肌电图)信号转变为平面内的相图,并将相图上状态点的分布核心称作能量核,而噪声信号的分布核心称为噪声核.基于相图的统计特征,将一段EMG信号近似为简谐振子,简称EMG振子.本文建立了控制信号(EMG)与输出信号(力/功率)之间的关系,并提出用EMG的特征能量来表征肌肉力.另一方面,通过对能量核与噪声核的计算,能够得到噪声与EMG信号的自然频率并实现直观的信噪识别与分离.实验结果表明,特征能量对等长收缩力的表征度令人满意,并且由于结合了RMS与MPF两种方法的优点,此方法具有很高的鲁棒性;而特定肌肉的EMG自然频率不取决于MU放电频率,故其反映了肌肉的固有特性.此模型体现的物理意义为EMG信号的理解与分析提供了新的启发.     

蛋白质可逆磷酸化作用的结构基础

蛋白质可逆磷酸化作用的结构基础李林（中国科学院上海生物化学研究所）蛋白质可逆磷酸化几乎调节着生命活动的每一过程。细胞的生长和分化，具体到基因复制转录调控、蛋白质合成调控和代谢调控，分子识别和信号传递，肌肉收缩，肿瘤发生以及包括学习记忆在内的神经活动等...     

猴子一小口 人类一大步

科学家们最近宣布,将猴子的大脑通过电极与计算机连接后,两只经过训练的猴子可以靠思维来控制机械手以取食少量的食物.这项惊人的壮举被认为是机械假肢研制中的一个重大突破——瘫痪病人用思维就能控制和操纵这些机械假肢.     

迁徙鸟类如何发现其迁移路线?

迁徙鸟类的导航是一个相当复杂的过程,涉及鸟类对环境的感受、神经生理反应、自由基对的化学反应等多种机制.鸟类之所以能准确地找到其迁徙路线,外界信号感受与神经处理机制的共同作用至关重要.外界信号感受是迁徙鸟类对信号因子(偏振光、气味、次声波、地磁场等)的识别过程.可能存在的信号感受有视觉感受、嗅觉感受、听觉感受、地磁感受.神经机制是迁徙鸟类感受到外界信号后,传递信息到大脑特定区域,进行整合分析,对迁徙方向做出准确判断的过程.已发现的神经机制有视觉神经机制、嗅觉神经机制、磁感受神经机制.尽管在外界信号感受与神经机制方面还有许多未解决的难题,新技术与模式动物的应用将有助于进一步揭示确切的机制.     

动态点击

新式人工手能模仿真手掌英国科学家最近研制出一种灵巧的“人工手”,它上面安装了数个马达,能够模仿真正的手掌,完成许多复杂的动作。这种新式“人工手”内部装有小型的马达和电池,从而可以通过马达来控制手指完成指定的动作。假如再装上一种能够读取信号的芯片,将“人工手”与肌肉相连,就可以利用手臂肌肉的微小动作控制手腕的活动。南安普敦大学的医学家保罗·坎普尔介绍,他研究的“人工手”安装了6套马达及其附件设备,能让5个手指分开活动。这只“人工手”可以抓住圆球一样的物体;可以使用拇指和食指夹紧一个物体,像用钥匙开门一样;可以…     

懂语义的万维网

一种能够被计算机识别的新型网页将可能引发一场革命 ,这场革命会带来诸多新的机遇——     

为大脑做体检的神奇感应器

<正>摸摸你的头顶,扣扣你的手指,就能知道你的大脑健康状况。你是不是觉得这有些神奇,或许又是哪个"气功大师"在玩弄忽悠人的把戏。其实,新的科技完全能够创造出这样神奇的技术。韩国研究人员就开发出了能够检查神经信号的     

能识别手势的电脑

最近，计算机专家编制了一种新的软件，运用此软件计算机能够识别并把人的手势语言转换成文本，在计算机屏幕上显示出来。这种软件的开发，使计算机的操作更容易，特别适合大多数先天性聋哑人使用。加拿大魁北克舍布鲁克大学的专家们已经开发出一套能识别国际手势的语言系统，该语言系统能判断手势所代表的每一个字母。每一种手势都可以由摄像机来捕获，然后通过所谓的“边缘检测”法来形成手的轮廓。首先，对手的轮廓进行检测，然后系统确定手掌的长轴和短轴，判断手势的准确方向，随后程序就可测量出手指相对于手掌的长轴方向的投影及朝向…     

计算机和人脑

人们经常盘问计算机专家,计算机究竟能否象人那样思维?他们的回答是饶有兴味的、可取的。不过,我想从生物学家的观点来研讨这个问题。我相信,通过对我们的大脑和计算机的活动情况的考查,能逐步接近于一种答案。原来,用作构建大脑和计算机的基本元件的活动行为是迥然不同的。计算机的基本元件是晶体管,它们起开关的作用。开关开时,电子就通过晶体管;开关闭时,信号就通不过。这两种状态相当于计算机使用的二进计数制中的1和0。人们一般认为大脑的基本元件是突触,它们亦起类似开关的作用。大脑中的电路取决于这些能开能关的突触开关。改变开关就改变电路;这样就改     

为大脑做体检的神奇感应器

摸摸你的头顶,扣扣你的手指,就能知道你的大脑健康状况.你是不是觉得这有些神奇,或许又是哪个"气功大师"在玩弄忽悠人的把戏.其实,新的科技完全能够创造出这样神奇的技术.韩国研究人员就开发出了能够检查神经信号的发带、戒指感应器.     

钙离子与神经递质

根据化学传递学说,突触部位信息的传递是以化学物质为媒介而实现的.这种化学物质统称为神经递质.就目前所知,每种神经元一般从其末梢只释放出一种化学物质,而这种神经元就按其释出的递质命名.如释放乙酰胆碱的称胆碱能神经元,释放去甲肾上腺素的称肾腺能神经元等.许多脊椎动物神经肌肉接点的乙酰胆碱是目前可以肯定的中枢神经递质,其他递质如各种外周和中枢突触中的去甲肾上腺素,5-HT,GABA,谷氨酸,甘氨酸,以及近年来新发现的脑啡肽等,仍吸引着研究者继续努力.现已了解,这些神经递质的释放都需要钙离子(Ca~(2 )参与. 1967年,路斯(Ross)使用了对Ca~(2 )具有高选择性的离子交换钙电极(pCa电极).所谓pCa即离子化钙浓度的负对数,它由pH类推而来.在处理低浓     

用病毒制造电池

要生产微型电池．就需要纳米电极和导线．而用金属丝来制造这些元件要求高温高压的极端环境．成本大，设备要求高。为此．负责这项研究的麻省理工学院贝尔彻教授决定向自然界学习．希望制造一种仿生材料。她最先想到的是神经纤维，动物的神经纤维末梢就是一种天然的纳米导线．它们可以传递神经电信号。由于人造神经纤维的生产成本十分高，难度特别大，他们放弃了这一计划。     

新一代特异兵器

点穴枪英国警方正考虑以其他装备来取代警用手枪,如粘胶手枪、塑胶子弹手枪和能致晕的激光枪等。这种新型手枪能够在5秒钟之内发射出5万伏的高压电流,被击中者将因肌肉收缩而无法自控。这真有些类似中国武侠小说里的“点穴”功夫。更重要的是,它不会对被击中者形成永久性伤害。而且,由于该枪内装置了计算机芯片,它的每一次发射时间和日期都能记录在案。微声枪与同类型手枪相比,微型枪具有以下明显特点:三微(微声、微光、微烟)性能较好;结构简单、紧凑、体积小、重量轻,便于携带;射击精度良好;不需要任何附加工具就可进行不完全分解;操作方便…     

侵入式脑神经信号监测与调控技术研究进展

脑科学研究是当今自然科学面临的一项重要挑战.大脑是人体的神经枢纽,控制着人体的各项生理活动.脑神经信号监测与调控技术能够建立大脑与外部设备之间的信息连接通路,从而实现对大脑中信息的读取以及对脑活动的控制,因此在疾病诊疗、军事、教育、娱乐等领域具有广阔的发展和应用前景.尽管目前脑神经信号监测与调控技术已经取得一定成果,但对于侵入式脑信号监测与调控技术的研究仍处于起步阶段.本文简要介绍脑神经信号监测与调控技术的基本原理,从信号获取、调控手段和电极制备等关键技术角度阐述侵入式脑信号监测与调控技术的国内外研究现状,讨论其面临的信号质量、调控准确性和生物安全等方面的挑战.最后,展望该技术在脑机接口等前沿领域中的应用前景.