基于神經(jīng)元的分子通信是以神經(jīng)細胞內(nèi)生物化學(xué)分子作為信息載體,用于互聯(lián)納米機器以組成分布式納米網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)。本文通過研究神經(jīng)細胞內(nèi)Ca~(2+)濃度的變化,及其對神經(jīng)細胞膜電位的影響完成了神經(jīng)元信息的編碼。本文利用微電極陣列(Microelectrode Array,MEA),在MEA芯片表面培養(yǎng)小鼠神經(jīng)細胞,通過外部信號采集設(shè)備與微電極芯片上的引線相連,在計算機上得到神經(jīng)細胞電信號波形,并將信號進行去噪處理得到明顯的電位峰值。為與實驗相互印證并對信息進行編碼,研究了神經(jīng)元離子通道變化對細胞膜電位發(fā)放的影響,通過對神經(jīng)細胞Ca~(2+)通道進行建模,得到Ca~(2+)通道變化與膜電位發(fā)放的關(guān)系。最后總結(jié)實驗與模擬數(shù)據(jù),利用神經(jīng)細胞在不同Ca~(2+)濃度下會產(chǎn)生不同的峰值波形,并基于數(shù)字基帶調(diào)制的方法對峰值信號進行編碼。本文將神經(jīng)細胞內(nèi)Ca~(2+)影響下的膜電位峰值信號進行編碼,不但為微納米尺度通信的研究提供了一種思路,也為納米機器發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)提供了理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN91
【部分圖文】：

突觸后 10ms 會產(chǎn)生長期抑制[13]。1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)對于神經(jīng)元間通信的研究機構(gòu)主要有哈爾濱工程大學(xué)、北京郵電大學(xué)、天津大學(xué)、浙江大學(xué)等。哈爾濱工程大學(xué)的黎作鵬等人，對分子通信的定義和優(yōu)勢等方面進行了詳細研究，在他們在研究中將基于神經(jīng)元的分子通信定義為長距分子通信。圖 1.1 是基于神經(jīng)元的電化學(xué)信號傳輸機制，神經(jīng)元間的信息傳遞主要通過電信號與化學(xué)信號轉(zhuǎn)換的方式進行，即神經(jīng)元間可以通過神經(jīng)元的軸突傳輸電信號外，還能以神經(jīng)元的突觸與其他神經(jīng)元的樹突間通過自由擴散神經(jīng)遞質(zhì)的形式將信息進行快速地傳輸。而且神經(jīng)元髓鞘間有大約 1μm 的郎飛結(jié)，納米收發(fā)器能夠通過神經(jīng)元的郎飛結(jié)連接到軸突，神經(jīng)元細胞可以作為連接納米機器的信息通路[14]。天津大學(xué)通過針刺激神經(jīng)元使其產(chǎn)生電信號，繼而對其進行編碼。圖 1.2 為針刺信號傳輸研究模型，根據(jù)在針刺下神經(jīng)信息傳輸情況，建立了針刺信號傳輸?shù)那梆伨W(wǎng)絡(luò)模型，利用該模型研究針刺下神經(jīng)元信息的傳導(dǎo)特性及編碼方法，提出了針刺發(fā)生作用的可能原因。通過模型發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共振是針刺發(fā)生作用的可能機理，同時在模型研究的基礎(chǔ)上，用不同刺激方法和頻率針刺大鼠足三里后獲取神經(jīng)電信號，將得到的不同信號通過時空編碼發(fā)現(xiàn)不同

突觸后 10ms 會產(chǎn)生長期抑制[13]。1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)對于神經(jīng)元間通信的研究機構(gòu)主要有哈爾濱工程大學(xué)、北京郵電大學(xué)、天津大學(xué)、浙江大學(xué)等。哈爾濱工程大學(xué)的黎作鵬等人，對分子通信的定義和優(yōu)勢等方面進行了詳細研究，在他們在研究中將基于神經(jīng)元的分子通信定義為長距分子通信。圖 1.1 是基于神經(jīng)元的電化學(xué)信號傳輸機制，神經(jīng)元間的信息傳遞主要通過電信號與化學(xué)信號轉(zhuǎn)換的方式進行，即神經(jīng)元間可以通過神經(jīng)元的軸突傳輸電信號外，還能以神經(jīng)元的突觸與其他神經(jīng)元的樹突間通過自由擴散神經(jīng)遞質(zhì)的形式將信息進行快速地傳輸。而且神經(jīng)元髓鞘間有大約 1μm 的郎飛結(jié)，納米收發(fā)器能夠通過神經(jīng)元的郎飛結(jié)連接到軸突，神經(jīng)元細胞可以作為連接納米機器的信息通路[14]。天津大學(xué)通過針刺激神經(jīng)元使其產(chǎn)生電信號，繼而對其進行編碼。圖 1.2 為針刺信號傳輸研究模型，根據(jù)在針刺下神經(jīng)信息傳輸情況，建立了針刺信號傳輸?shù)那梆伨W(wǎng)絡(luò)模型，利用該模型研究針刺下神經(jīng)元信息的傳導(dǎo)特性及編碼方法，提出了針刺發(fā)生作用的可能原因。通過模型發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共振是針刺發(fā)生作用的可能機理，同時在模型研究的基礎(chǔ)上，用不同刺激方法和頻率針刺大鼠足三里后獲取神經(jīng)電信號，將得到的不同信號通過時空編碼發(fā)現(xiàn)不同

此外分子通信具有隨機性，這種隨機屬性主要是因為分子通信是基于分子完成通信的過程，而傳輸環(huán)境會對分子運動產(chǎn)生影響，出現(xiàn)不可預(yù)知的情況導(dǎo)致納米機器可能會對信息分子所攜帶的信息產(chǎn)生漏報，還有信息分子通常是一些化學(xué)分子，可能會隨時間的變化導(dǎo)致其性質(zhì)發(fā)生變化等這些問題，都將導(dǎo)致分子通信在信息傳遞過程中出現(xiàn)誤差。2.3 分子通信的系統(tǒng)組成與實現(xiàn)分子通信中信息的傳播主要是通過主動運輸和被動擴散實現(xiàn)的，在不同的系統(tǒng)中，可能是兩者單獨完成信息傳遞，也可能是兩者同時配合完成信息傳輸。在主動運輸中，信息分子可以使用驅(qū)動蛋白等分子馬達來實現(xiàn)信息傳遞[20]；在被動運輸中，信息分子依照布朗運動由納米機器的發(fā)送端擴散至接收端。完成信息傳遞的系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：發(fā)送端、接收端、信息、載體和傳輸介質(zhì)。分子通信中具體的通信過程與傳統(tǒng)通信類似，以編碼、發(fā)送、傳輸、接收和解碼的步驟完成信息傳遞，如圖 2.1所示，發(fā)送端先對分子進行編碼后將信息分子發(fā)送到傳輸介質(zhì)中，信息分子經(jīng)介質(zhì)從發(fā)送端傳輸至接收端，接收端檢測信息并將信息分子解碼為可以使用的信息，做出相應(yīng)的反應(yīng)，或發(fā)出驅(qū)動命令等以完成信息的完整傳遞[17]。
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

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2 韓堯;湯戎昱;周瑾;林秋霞;劉志強;陳威震;段翠密;王春蘭;王常勇;;基于微電極陣列的多通道電生理檢測系統(tǒng)的研制[J];生物醫(yī)學(xué)工程研究;2012年04期

3 顧強;汪萌芽;;成年大鼠伏隔核腦片神經(jīng)元的細胞電生理特性[J];皖南醫(yī)學(xué)院學(xué)報;2011年04期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

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3 尤楊;基于化學(xué)信號的分子通信原型系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與實現(xiàn)[D];陜西師范大學(xué);2015年

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本文編號：2868659