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基于触觉的模拟光幻视定位系统

基于触觉的模拟光幻视定位系统

作者：张磊磊上海交通大学

学位级别：硕士

近年来,将刺激电极植入视网膜、视神经或视皮层从而产生光幻视点的人工视觉假体研究已经成为国际研究热点。在中国,我们提出了将刺入式微电极阵列植入视神经来进行视觉修复的独创性方案。当电极阵列植入盲人视神经并产生光幻视点后,我... 详细信息

近年来,将刺激电极植入视网膜、视神经或视皮层从而产生光幻视点的人工视觉假体研究已经成为国际研究热点。在中国,我们提出了将刺入式微电极阵列植入视神经来进行视觉修复的独创性方案。当电极阵列植入盲人视神经并产生光幻视点后,我们需要解决的最重要的问题将是如何精确的描述光幻视点特性。作为光幻视认知课题的第一阶段工作,本文重点研究了模拟光幻视点的定位问题。本课题包括三个方面内容:建立基于触觉的模拟光幻视定位系统;在该系统上设计一系列科学实验来研究模拟光幻视点定位的特性;研究与实验相关的心理物理学问题,建立一套完善的模拟光幻视定位的训练方案。本课题首先设计了一套模拟光幻视定位系统,并在该系统的基础上设计实验对系统能达到的准确性、离散性和反应时间等参数进行评估。在对评估结果进行分析的基础上我们继续改进该系统和训练程序,之后再进行新一轮的实验。如此循环往复,在经过简单触觉导航、加入视觉导航和具有触摸板导航的三个对照性实验后,我们得出具有触摸板导航的模拟光幻视定位系统能够精确（平均误差小于10mm）且稳定（标准差小于6mm）的对模拟光幻视点进行定位。

关键词：视觉假体视神经光幻视触摸板

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盲人的福音—光幻视假眼即将面世

国外科技动态 1991年第5期 45-47页

作者：斯通.,里胡又青

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光幻视,有望帮助盲人重获视觉

家庭医药（就医选药） 2021年第2期 81-81页

作者：佚名

即使没有外界光源刺激,我们有时也能看见光影,这种现象叫作光幻视,几乎每个人都有过或强或弱的体验,俗称“眼冒金星”。最常见的光幻视发生在你揉压眼睛时(压眼闪光),虽然眼皮一直合着,但眼球在受到机械压力后,眼前开始闪烁光斑或光圈... 详细信息

即使没有外界光源刺激,我们有时也能看见光影,这种现象叫作光幻视,几乎每个人都有过或强或弱的体验,俗称“眼冒金星”。最常见的光幻视发生在你揉压眼睛时(压眼闪光),虽然眼皮一直合着,但眼球在受到机械压力后,眼前开始闪烁光斑或光圈。这是视网膜受到刺激产生电信号,在大脑视觉神经中枢激起了“涟漪”。

关键词：机械压力光幻视神经中枢视觉视网膜电信号

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神经系统的生物光子辐射及其生理意义

神经系统的生物光子辐射及其生理意义

作者：王超中南民族大学

学位级别：硕士

传统观点认为,生物电和化学递质是神经元通信和信号传递的基本方式。虽然用电生理理论和神经递质-受体学说能够很好地解释神经系统的一些初级功能,并均得到了大量实验的证实,但在解释如学习和记忆、睡眠、意识、思维、情感等神经系统高... 详细信息

传统观点认为,生物电和化学递质是神经元通信和信号传递的基本方式。虽然用电生理理论和神经递质-受体学说能够很好地解释神经系统的一些初级功能,并均得到了大量实验的证实,但在解释如学习和记忆、睡眠、意识、思维、情感等神经系统高级功能或精神活动以及特殊的视觉现象如光幻视、负后像、视网膜离散暗噪音等仍存在许多疑问和未解决的问题。因此在这些活动和现象中,可能存在着其它重要的物质基础。生物超弱发光（Ultra-weak Photon Emissions or Ultraweak Bioluminescence,UPEs）又简称为生物光子（Biophotons）,被证明在植物、微生物和一些动物细胞之间起到信息传递的作用,是否生物光子在神经回路和视觉通路中起到信号传递的作用仍然不清楚。要证实生物光子在上述问题中的作用,就必须获得组织和细胞高时空分辨率的生物光子信息。然而由于生物光子的强度极其微弱,量子效率极低,常见的仪器和设备不能满足要求,因此有必要构建新型生物光子检测系统。在本研究中,我们利用量子效率、灵敏度、信噪比、时空分辨率均很高的电子倍增CCD（EM-CCD）构建了新型生物光子检测系统。并利用该系统,对大鼠离体脑片、神经根和眼球的生物光子进行检测和分析。首次获得了大鼠脑片、神经根自发光以及晶状体、玻璃体、视网膜和全眼自发的和光诱导的生物光子高分辨率图像和实时数据。这些结果提示我们:（1）神经元能够发出大量的生物光子,这些生物光子可能被用于细胞间的信号传递。（2）眼球中视网膜等部分可以自发和在光诱导情况下辐射出生物光子。这可能为揭示光幻视、视觉后像以及视网膜离散暗噪音产生机制提供了新的解释。

关键词：生物光子电子倍增CCD 神经元通讯光幻视负后像离散暗噪音

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视觉假体高阶调制解调系统VLSI优化设计

计算机工程 2014年第10期40卷 281-286,291页

作者：杨媛彭凯吕磊高勇西安理工大学电子工程系西安710048

视觉假体中无线能量传输效率和无线数据传输速率随着信号载频频率增大而减小。为此,提出将16DAPSK高阶调制解调技术应用于视觉假体中。分析16DAPSK在视觉假体中的应用优势,给出16DAPSK超大规模集成电路(VLSI)算法和硬件结构。结合滤波... 详细信息

视觉假体中无线能量传输效率和无线数据传输速率随着信号载频频率增大而减小。为此,提出将16DAPSK高阶调制解调技术应用于视觉假体中。分析16DAPSK在视觉假体中的应用优势,给出16DAPSK超大规模集成电路(VLSI)算法和硬件结构。结合滤波器系数对称、简化的RAG算法图等实现电路的VLSI优化设计。基于DE4平台完成系统硬件验证、数据传输速率、能量传输效率分析与实验。结果表明,系统工作正确,采用16DAPSK技术可简化电路解调硬件结构,解决信道延迟的不定性问题,提高视觉假体应用的可靠性。VLSI优化后的硬件资源减少57%,体积减小,提高了视觉假体临床应用的可行性。较传统低阶调制技术,16DAPSK高阶调制在较高的数据传输速率下,载波频率的降低提高了能量传输效率,解决了能量与数据传输效率矛盾的问题。

关键词： 16DAPSK技术视觉假体超大规模集成电路光幻视能量效率

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视觉假体中视神经刺激器微电极驱动系统的研究

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视觉假体中视神经刺激器微电极驱动系统的研究

作者：王佳上海交通大学

学位级别：硕士

据世界卫生组织2002年报告,全球视觉残疾1.4亿,其中4500万为盲人。我国约有550万盲人。致盲的原因有多种,在视觉通路上任何一段:视网膜,视神经,视皮层等的损伤都会导致失明。通过神经电刺激视觉通路中各段可以产生视觉感觉,也被称为光幻... 详细信息

据世界卫生组织2002年报告,全球视觉残疾1.4亿,其中4500万为盲人。我国约有550万盲人。致盲的原因有多种,在视觉通路上任何一段:视网膜,视神经,视皮层等的损伤都会导致失明。通过神经电刺激视觉通路中各段可以产生视觉感觉,也被称为光幻视,它能够传递有限但是十分重要的视觉信息,帮助盲人恢复基本视觉。本篇论文提出一种适用于视神经刺激视觉假体的植入式多通道可编程神经刺激器的系统设计。本文的研究内容包括:第一,神经电刺激理论的研究:对视神经刺激参数进行需求分析与设计,为视神经刺激器中微电极驱动系统提供设计依据与参数,并建立适用于视神经刺激的模型;第二,可编程神经刺激器的研究:它是视觉假体的核心装置,按照其实现方式不同,在两个层面上提出微电极驱动电路的设计方案——(1)采用模拟集成电路,使用CMOS器件构造微电极驱动电路;(2)采用分立元器件:数字模拟转换集成电路、压流转换集成电路和模拟开关等器件,构成微电极驱动电路。视神经刺激器能够实现将CMOS摄像机拍摄的图像信息转化为用于有效刺激视神经的电刺激信号,即在数字控制端控制下,微电极驱动系统可以产生多路电荷平衡的双相微电流脉冲,脉冲幅值范围10μA至1 mA,脉冲宽度为20μsec至400μsec,脉冲频率在350 Hz以内。本研究的创新之处在于采用新的神经电刺激方法,即螺旋袖口式穿刺电极阵列植入视神经位于颅外眶内段的部分。这种刺激方法的主要优点是:(1)避免开颅,可降低手术风险;(2)可以校正视觉通路前端的功能障碍;(3)可以覆盖整个视野范围。主要难点是要研究视觉形成和传导机理及视觉信息编码方式,并通过信号处理实现上述功能。

关键词：人工视觉光幻视视觉假体视神经神经刺激器微电极驱动系统

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应用于视皮层假体的图像处理系统的初步研究

应用于视皮层假体的图像处理系统的初步研究

作者：赵璨重庆大学

学位级别：硕士

人类认识世界所需的信息70%以上来自于视觉。由于各种各样的原因所导致的视觉残疾甚至丧失,给病人带来了极大的痛苦和不便。随着神经科学、微电子技术以及计算机技术的发展,借由对视觉通路施加电刺激从而引发光幻视的视觉假体为广大失... 详细信息

人类认识世界所需的信息70%以上来自于视觉。由于各种各样的原因所导致的视觉残疾甚至丧失,给病人带来了极大的痛苦和不便。随着神经科学、微电子技术以及计算机技术的发展,借由对视觉通路施加电刺激从而引发光幻视的视觉假体为广大失明的患者带来了希望。近几年来,很多研究小组都致力于视觉假体的研究。根据刺激部位的不同,视觉假体可以分为视皮层假体、视网膜假体、视神经假体三类。其原理是将图像信息转化为电刺激脉冲信号,经由植入视觉通路某段神经处的微电极阵列对该段的神经节细胞进行电刺激,使患者产生光感,以修复一定的视觉功能。本文是基于国家863项目《基于MEMS的视皮层外微创芯片关键技术及应用研究》下的子课题,旨在研究可应用于视皮层假体的体外图像处理系统。目前,视皮层假体主要采用光幻视传递视觉信息。在视皮层假体中,如何将原始的图像信息转化为皮层适应的光幻视电刺激阵列则是视皮层假体的关键问题之一。本文首先利用小波变换等方法,着重对视皮层修复中图像压缩的方法进行了探讨,分别从图像的空间频率及空间分辨率对图像信息进行了简化及压缩。本文还结合人类的视觉信息非均匀传递的特性,建立了变分辨率的非均匀压缩模型,实现了拟皮层放大的压缩方式,所得到的点阵图较常规的均匀降低像素的方式更适合视皮层接受。另外,本文根据光幻视与电刺激强度的关系特性函数建立了亮度划分模型,极大的简化了图像的亮度信息。此外,本文还讨论了应用于视皮层假体的图像处理系统的硬件方案的选定。之后,本研究基于DM642搭建了图像处理系统并制定了专门应用于视皮层修复的图像处理流程,对上述的图像处理算法进行了验证。在文章中,笔者还专门探讨了通用型图像处理的方案,针对动物实验测试和实际视觉修复不同的条件及要求分别制定了相应的流程及压缩方法,增加了系统的通用性及可扩展性。最后,本文结合16通道的电刺激脉冲发生装置搭建了视皮层假体体外样机装置。对棋盘格测试图像信号采集及处理后,控制电刺激脉冲发生装置各个通道产生与棋盘格相对应的脉冲序列。实验样机实现了由图像信号向视皮层适应的电刺激信号的转换,基本达到了视皮层假体体外装置预期的要求和目标。

关键词：视觉假体视皮层假体图像处理光幻视数字信号处理器

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数据处理、大规模集成电路将给盲人带来光明

国外医学.生物医学工程分册 1980年第3期 20-25页

作者： Dobelle WH 华国雄

来自人工眼内半导体摄象机的数据经过安放在眼镜架上的电路处理,然后发射到植入在盲人大脑的电极阵列以引起影象。世界人口中约有一千五百万盲人。仅在美国,与盲人有关的经济上的花费估计每年超过十亿美元。大约三十万盲人是属于法律上... 详细信息

来自人工眼内半导体摄象机的数据经过安放在眼镜架上的电路处理,然后发射到植入在盲人大脑的电极阵列以引起影象。世界人口中约有一千五百万盲人。仅在美国,与盲人有关的经济上的花费估计每年超过十亿美元。大约三十万盲人是属于法律上承认的,还有近十万几乎没有实用的视力。再有,少于10％的盲人能依靠手杖或别的辅助工具走动,不到20％能阅读布莱叶盲文。因此,犹太大学的神经修复术规划的目标是发展一种电子系统,它能使盲人“看”到足以使盲人能够安全行动,并且能以通常的速度阅读原版印刷品或手写的材料。

关键词：光幻视脉冲数帧内电极阵列图象处理计算机应用数据处理盲人人工视觉视皮层摄象机传感器移位寄存器

磁刺激技术在临床神经生理学的应用（第一部份磁刺激简介及历史回顾）

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卒中与神经疾病 1995年第4期2卷 219-224页

作者：卢祖能汤晓芙北京协和医院神经科

磁刺激技术在临床神经生理学的应用（第一部份磁刺激简介及历史回顾）卢祖能，汤晓芙一、概述自一个多世纪以前电能应用于人体、并开始在其医学专业的应用以来，作为临床诊断和治疗上的目的一直都是与神经病学紧密相关的。临床电生理学... 详细信息

磁刺激技术在临床神经生理学的应用（第一部份磁刺激简介及历史回顾）卢祖能，汤晓芙一、概述自一个多世纪以前电能应用于人体、并开始在其医学专业的应用以来，作为临床诊断和治疗上的目的一直都是与神经病学紧密相关的。临床电生理学在很大程度上一直都取决于电位的应用...

关键词：磁刺激神经生理学历史回顾光幻视电刺激扁平线圈周围神经电容器组变压器动物电

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