[發明專利]基于多電極陣列的神經核團反饋同步控制FPGA實驗平臺

有效

• 申請號: 201711054717.4
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN107728529B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 于海濤;郭欣萌;王江;鄧斌;魏熙樂;劉晨
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;G06N3/063
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 王顕

1.一種基于多電極陣列的神經核團反饋同步控制FPGA實驗平臺，其特征是：該實驗平臺包括有：用于多電極陣列實驗數據采集分析的下位機(1)和上位機(2)，所述下位機(1)包括120通道多電極陣列(MEA)(3)，信號采集預處理電路(4)、ADC模塊(5)、FPGA開發板(6)以及多路信號選擇器(7)；所述信號采集預處理電路(4)對120通道多電極陣列(3)測取的神經電信號進行采集和預處理，得到低頻的局部場電位信號(LFP)和高頻的放電信息信號(Spikes)；所述FPGA開發板(6)包括有FPGA芯片I(10)、FPGA芯片II(11)和USB通訊模塊(12)；FPGA芯片I(10)和FPGA芯片II(11)分別通過ADC模塊(5)讀取多電極陣列測得的神經核團高頻電信號和低頻電信號，并行分析處理，FPGA芯片I(10)和FPGA芯片II(11)通過控制多路信號選擇器(7)選通接受刺激的120通道多電極陣列(3)，刺激信號為延時局部場電位信號，上位機(2)通過LABVIEW編程人機交互界面，并通過USB通訊模塊(12)與FPGA芯片I(10)和FPGA芯片II(11)進行數據通訊；

所述的120通道多電極陣列(3)的每個通道電極均連接到信號采集預處理電路(4)，每個通道電極能夠直接測取置于其上的神經切片的電信號，并將該電信號輸入至信號采集預處理電路(4)；

在所述的基于多電極陣列的神經核團反饋同步控制FPGA實驗平臺中，FPGA芯片I(10)和FPGA芯片II(11)通過USB通訊模塊(12)將處理結果傳輸到上位機(2)中的人機交互界面進行顯示，人機交互界面對需要施加刺激的多電極陣列通道對反饋強度及延遲時間參數進行設定，并通過USB通訊模塊(12)將設定值信息發送到FPGA芯片I(10)和FPGA芯片II(11)中，進行反饋同步控制。

2.根據權利要求1的基于多電極陣列的神經核團反饋同步控制FPGA實驗平臺，其特征是：所述的信號采集預處理電路(4)包括差分放大模塊(13)、工頻陷波器(14)、高通濾波器模塊(15)、低通濾波器模塊(16)，調幅模塊I(17)以及調幅模塊II(18)；所述的信號采集預處理電路(4)中差分放大模塊(13)與120通道多電極陣列(3)中每個通道電極直接相連，120通道多電極陣列(3)測取的電信號作為差分放大模塊(13)的輸入信號，電信號經放大后輸入至工頻陷波器(14)，工頻陷波器(14)分別與高通濾波器模塊(15)和低通濾波器模塊(16)相連，電信號通過高通濾波器模塊(15)、低通濾波器模塊(16)后分別輸入至調幅模塊I(17)以及調幅模塊II(18)，調幅模塊I(17)和調幅模塊II(18)輸出即為高頻的放電信號和低頻的局部場電位信號。

3.根據權利要求1的基于多電極陣列的神經核團反饋同步控制FPGA實驗平臺，其特征是：所述的FPGA芯片I(10)內包含放電類選模塊(19)，同步分析模塊(20)和控制算法分析模塊(21)，信號采集預處理電路(4)處理的電信號輸入至FPGA芯片I(10)后，首先經過放電類選模塊(19)，得到單神經元放電序列(Spikes)，將單神經元放電序列輸入至同步分析模塊(20)，將同步分析模塊得到的同步指數傳輸至控制算法分析模塊(21)，得到控制強度、延遲時間等控制策略，FPGA芯片I(10)通過USB通訊模塊(12)與上位機(2)實現數據傳輸，將采集數據及分析結果傳輸至上位機(2)，并接受來自上位機(2)的控制算法信號，所述的FPGA芯片I(10)通過控制ADC模塊I(8)對放電信號進行讀取與分析處理。

4.根據權利要求1的基于多電極陣列的神經核團反饋同步控制FPGA實驗平臺，其特征是：所述的FPGA芯片II(11)內包括數據存儲模塊(22)，功能網絡構建模塊(23)和復雜網絡分析模塊(24)，FPGA芯片II(11)通過控制ADC模塊II(9)對局部場電位信號(LFP)的進行讀取并將其存入數據存儲模塊(22)，而后輸入至功能網絡構建模塊(23)，根據局部場電位構建功能網絡，將構建后的功能網絡矩陣輸入至復雜網絡分析模塊(24)，得到網絡的拓撲特性；FPGA芯片II(11)通過USB通訊模塊(12)與上位機(2)實現數據傳輸，將采集數據及分析結果傳輸至上位機(2)，并接受來自上位機(2)的控制信號。