數(shù)據(jù)驅(qū)動下的針刺神經(jīng)放電重構(gòu)平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)，特別是一種數(shù)據(jù)驅(qū)動下的針刺神經(jīng)放電重構(gòu)平 臺。
【背景技術(shù)】
[0002] 針灸作為中醫(yī)的重要組成部分，臨床療效顯著。但是，目前針刺治療的作用機(jī)制尚 不明晰。神經(jīng)電信號是針刺發(fā)揮效應(yīng)的關(guān)鍵信號，神經(jīng)元放電活動與刺激之間的關(guān)系是神 經(jīng)生理學(xué)研究的焦點(diǎn)。但是，針刺手法操作種類復(fù)雜，難W對針刺作用于皮膚的刺激信號進(jìn) 行定量。因此，建立針刺神經(jīng)通路下有效的神經(jīng)元模型，進(jìn)而解釋針刺輸入與輸出之間的關(guān) 系具有重要意義。
[0003] 目前神經(jīng)元模型主要有兩類，即電生理模型W及現(xiàn)象學(xué)模型。電生理模型能較好 地描述神經(jīng)元的動態(tài)特性，但形式復(fù)雜，不利于建立有效的輸入輸出映射關(guān)系?，F(xiàn)象學(xué)模型 形式簡單靈活，但生理意義不明確。并且，兩類模型都僅從仿真的角度解釋神經(jīng)元編碼機(jī) 審IJ，缺乏相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，也不能有效地解決量化針刺輸入信息運(yùn)一個(gè)問題。
[0004] 現(xiàn)有神經(jīng)元模型都不能用于全面地描述和分析針刺數(shù)據(jù)，并且神經(jīng)元的放電形式 看起來具有嚴(yán)重的噪聲影響，因此應(yīng)用概率模型來描述它們是必要的。同時(shí)，單神經(jīng)元的放 電具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)波形，可W通過產(chǎn)生放電的頻率和時(shí)刻特征描述外部刺激，并且神經(jīng)元 放電在本質(zhì)上是一個(gè)隨機(jī)過程，因此，神經(jīng)放電序列的產(chǎn)生可W等效為點(diǎn)過程。在早期的研 究中，神經(jīng)元常被近似成化isson放電生成器，即用化isson過程來模擬放電過程。廣義線性 模型(GLM)是一類常見的概率統(tǒng)計(jì)性模型，其結(jié)構(gòu)組成中包含有化isson過程，并且GLM雖然 形式簡單，可W在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動下建立特有神經(jīng)元模型，綜合了電生理模型和現(xiàn)象學(xué)模型 的特點(diǎn)并具有隨機(jī)放電特性，適合用于構(gòu)造針刺電信號輸入輸出之間的映射關(guān)系。因此，可 W采用GLM對針刺神經(jīng)通路下的單神經(jīng)元進(jìn)行刻畫，即將輸入刺激依次經(jīng)過線性濾波器和 非線性轉(zhuǎn)換來估計(jì)神經(jīng)元的響應(yīng)輸出。
[0005] 綜上所述，目前在研究針刺神經(jīng)電信號方面，仍存在W下不足:現(xiàn)有的技術(shù)尚無有 效方法解決針刺輸入量化問題;單純利用matlab實(shí)現(xiàn)電生理模型或者現(xiàn)象學(xué)模型等仿真， 無法有效地模擬針刺通路下的神經(jīng)元;多數(shù)研究僅圍繞神經(jīng)元模型進(jìn)行仿真，沒有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?針刺實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，無法建立真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)下的神經(jīng)元模型，并進(jìn)一步預(yù)測和分析神經(jīng)元編碼 機(jī)制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對上述技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)據(jù)驅(qū)動下的針刺神經(jīng)放 電重構(gòu)平臺，通過設(shè)計(jì)針刺實(shí)驗(yàn)，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估計(jì)GLM的內(nèi)部參數(shù)，進(jìn)而構(gòu)建實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驅(qū) 動下的針刺神經(jīng)通路下的單神經(jīng)元編碼模型，為針刺手法的神經(jīng)放電重構(gòu)提供一種新的解 決方案。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種數(shù)據(jù)驅(qū)動下的針刺神經(jīng)放電 重構(gòu)平臺，其中：該平臺包括有針刺實(shí)驗(yàn)部分和數(shù)據(jù)分析部分，所述針刺實(shí)驗(yàn)部分完成樣本 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集，樣本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理后，將實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)信號傳遞給數(shù)據(jù)分析部分 進(jìn)行神經(jīng)元模型的建立;數(shù)據(jù)分析部分通過比較放電時(shí)刻和ISI指標(biāo)驗(yàn)證所建化Μ的合理 性，最終利用數(shù)據(jù)分析部分重構(gòu)針刺實(shí)驗(yàn)放電數(shù)據(jù)，并且與針刺實(shí)驗(yàn)放電序列進(jìn)行驗(yàn)證比 較。
[000引所述的針刺實(shí)驗(yàn)部分包括針刺刺激部分和放電信息采集部分，針刺刺激部分包括 相互連解的不同手法針刺刺激、實(shí)驗(yàn)對象，通過不同手法針刺刺激刺激實(shí)驗(yàn)對象，放電信息 采集部分包括相互連解的玻璃微電極、微電極放大器、生理電信息記錄儀，所述玻璃微電極 經(jīng)過微電極放大器處理后，通過生理電信息記錄儀進(jìn)行電信息記錄，作為針刺刺激輸入信 號下的輸出響應(yīng)。
[0009] 所述的數(shù)據(jù)分析部分包括建立GLM和針刺實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重構(gòu)，所述的GLM包括相互連解 的線性濾波器、靜態(tài)非線性處理函數(shù)、泊松過程、放電后效應(yīng)濾波器，所述線性濾波器將高 維數(shù)的輸入信息做卷積處理降低維數(shù)輸出后，經(jīng)處理函數(shù)做非線性運(yùn)算，依據(jù)靜態(tài)非線性 的靜態(tài)非線性處理函數(shù)輸出模擬神經(jīng)元的放電過程為泊松過程，放電后效應(yīng)濾波器捕捉泊 松過程輸出對于下一次放電所產(chǎn)生的影響。
[0010] 所述的針刺實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重構(gòu)部分包括相互連解的刺激參數(shù)設(shè)置模塊、放電對比模 塊、指標(biāo)對比模塊，通過參數(shù)設(shè)置模塊設(shè)置輸入刺激的幅值、頻率指標(biāo);然后利用放電對比 模塊采用直觀的圖形對比GLM輸出和針刺實(shí)驗(yàn)提取到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)兩者之間的差異;最后通 過指標(biāo)對比模塊對GLM輸出和實(shí)驗(yàn)放電序列做進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)分析。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是將GLM應(yīng)用于針刺電信號研究的領(lǐng)域，并且建立針刺神經(jīng)通 路下的單神經(jīng)元模型，進(jìn)而重構(gòu)針刺實(shí)驗(yàn)放電序列。優(yōu)勢在于：1.本平臺采用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動 建立針刺神經(jīng)通路下的單神經(jīng)元模型，具有一定的真實(shí)可靠性。2.本平臺所建立的針刺單 神經(jīng)元模型，可W仿真針刺手法刺激下的放電響應(yīng)情況，一方面相對于動物活體實(shí)驗(yàn)具有 成本低的特點(diǎn)，另一方面因其基于大量的實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)同時(shí)又具備一定程度的真實(shí)可靠 性。3.本平臺采用GLM模擬真實(shí)針刺神經(jīng)通路單神經(jīng)元，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驅(qū)動之下可W有效規(guī) 避輸入信息難W量化運(yùn)一問題，將輸入信號連同模型內(nèi)部參數(shù)一起進(jìn)行估計(jì)，進(jìn)而重構(gòu)得 到實(shí)驗(yàn)放電序列。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的基于GLM的針刺神經(jīng)放電重構(gòu)平臺結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖2為本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取過程示意圖；
[0014] 圖3為本發(fā)明中GLM的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖4為本發(fā)明中針刺實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的示意圖。
[0016] 圖中；
[0017] 1、針刺實(shí)驗(yàn)部分2、數(shù)據(jù)分析部分3、不同手法針刺刺激
[0018] 4、實(shí)驗(yàn)對象5、玻璃微電極6、微電極放大器7、生理電信息記錄儀 [0019] 8、樂性濾波器9、靜態(tài)非樂性處理函數(shù)10、泊松過程
[0020] 1、放電后效應(yīng)濾波器12、參數(shù)設(shè)置模塊13、放電對比模塊
[0021] 14、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)15、GLM輸出16、指標(biāo)對比模塊
[0022] 17、ISI對比18、直方圖對比
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的數(shù)據(jù)驅(qū)動下的針刺神經(jīng)放電重構(gòu)平臺做進(jìn)一步描述。
[0024] 本發(fā)明的數(shù)據(jù)驅(qū)動下的針刺神經(jīng)放電重構(gòu)平臺在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動下，基于GLM的針 刺神經(jīng)放電重構(gòu)平臺的建模思想，關(guān)注輸入與輸出信號，應(yīng)用非確定性函數(shù)的概率分布，建 立實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動下針刺輸入刺激到神經(jīng)輸出響應(yīng)的映射關(guān)系，最終獲得針刺實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重 構(gòu)，有助于進(jìn)一步掲示針刺編碼機(jī)制。本放電重構(gòu)平臺W針刺誘發(fā)的啟動電位作為模型輸 入，W脊髓背根單神經(jīng)元的放電時(shí)刻作為模型輸出?；卺槾躺窠?jīng)響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)輸出樣本數(shù) 據(jù)，通過統(tǒng)計(jì)直方圖和ISI指標(biāo)，衡量GLM與實(shí)驗(yàn)放電序列的一致性，最終確立針刺輸入刺激 到神經(jīng)輸出響應(yīng)的映射關(guān)系。
[0025] 如圖1-4所示，本發(fā)明的數(shù)據(jù)驅(qū)動下的針刺神經(jīng)放電重構(gòu)平臺結(jié)構(gòu)是:實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驅(qū) 動下的針刺神經(jīng)放電重構(gòu)平臺，該平臺包括有針刺實(shí)驗(yàn)部分1和數(shù)據(jù)分析部分2,所述針刺 實(shí)驗(yàn)部分1完成樣本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集，樣本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理后，將實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)信號傳 遞給數(shù)據(jù)分析部分2進(jìn)行神經(jīng)元模型的建立;數(shù)據(jù)分析部分2通過比較放電時(shí)刻和ISI指標(biāo) 驗(yàn)證所建GLM的合理性，最終利用數(shù)據(jù)分析部分2重構(gòu)針刺實(shí)驗(yàn)放電數(shù)據(jù)，并且與針刺實(shí)驗(yàn) 放電序列進(jìn)行驗(yàn)證比較。
[0026] 所述的針刺實(shí)驗(yàn)部分1包括針刺刺激部分和放電信息采集部分，針刺刺激部分包 括相互連解的不同手法針刺刺激3、實(shí)驗(yàn)對象4,通過不同手法針刺刺激3刺激實(shí)驗(yàn)對象4,放 電信息采集部分包括相互連解的玻璃微電極5、微電極放大器6、生理電信息記錄儀7,所述 玻璃微電極5經(jīng)過微電極放大器6處理后，通過生理電信息記錄儀7進(jìn)行電信息記錄，作為針 刺刺激輸入信號下的輸出響應(yīng)。
[0027] 所述的數(shù)據(jù)分析部分2包括建立GLM和針刺實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重構(gòu)，所述的GLM包括相互連 解的線性濾波器8、靜態(tài)非線性處理函數(shù)9、泊松過程10、放電后效應(yīng)濾波器11，所述線性濾 波器8將高維數(shù)的輸入信息做卷積處理降低維數(shù)輸出后，經(jīng)處理函數(shù)做非線性運(yùn)算，依據(jù)靜 態(tài)非性9的靜態(tài)非線性處理函數(shù)輸出模擬神經(jīng)元的放電過程為泊松過程10,放電后效應(yīng)濾 波器11捕捉泊松過程10輸出對于下一次放電所產(chǎn)生的影響。
[0028] 所述的針刺實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重構(gòu)部分包括相互連解的刺激參數(shù)設(shè)置模塊12、放電對比模 塊13、指標(biāo)對比模塊16,通過參數(shù)設(shè)置模塊12設(shè)置輸入刺激