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第一部分 神经工程学基础3

第1章 绪论3

1.1 概述3

1.2 神经工程发展历史6

1.2.1 神经工程技术的起源6

1.2.2 神经成像方法与神经工程发展8

1.2.3 神经科学发展与神经工程发展12

1.3 脑科学与人工智能的兴起带来新机遇14

1.4 神经工程学研究的重要意义和产业前景17

思考题19

参考文献19

第2章 神经生理与病理学基础21

2.1 神经系统的组成与结构21

2.1.1 脑与脊髓的解剖结构与生理功能21

2.1.2 周围神经系统的解剖生理24

2.1.3 神经系统的传导通路26

2.2 神经系统的细胞生物学30

2.2.1 神经元与胶质细胞30

2.2.2 神经元之间的信息传递38

2.2.3 神经递质和受体系统44

2.3 神经系统的生理功能45

2.3.1 感觉分析功能45

2.3.2 运动控制功能52

2.3.3 脑的高级功能54

2.4 神经系统常见疾病的病理学基础59

2.4.1 脑梗死59

2.4.2 阿尔茨海默病61

2.4.3 脊髓损伤63

2.4.4 肌萎缩脊髓侧索硬化症65

2.5 本章小结67

思考题67

参考文献68

第3章 神经心理学69

3.1 神经心理学的基本概念69

3.1.1 定义69

3.1.2 研究内容69

3.1.3 发展历史69

3.1.4 分支70

3.2 神经心理学的研究方法71

3.2.1 概述71

3.2.2 实验神经心理学方法72

3.2.3 临床神经心理学方法72

3.2.4 行为神经病学方法73

3.3 大脑结构与心理功能73

3.3.1 额叶的心理功能73

3.3.2 顶叶的心理功能73

3.3.3 颞叶的心理功能74

3.3.4 枕叶的心理功能75

3.3.5 边缘系统的心理功能75

3.3.6 大脑功能的偏侧化75

3.4 心理过程与脑机制76

3.4.1 感觉和知觉76

3.4.2 注意83

3.4.3 记忆88

3.4.4 情绪94

3.4.5 睡眠102

3.4.6 语言109

3.5 本章小结115

思考题116

参考文献116

第4章 神经工效学基础118

4.1 神经工效学概述118

4.1.1 神经工效学定义118

4.1.2 从工效学到神经工效学119

4.1.3 神经工效学的现实意义120

4.2 神经工效学研究的重要问题120

4.2.1 脑力负荷121

4.2.2 人误123

4.2.3 脑力疲劳125

4.2.4 情绪128

4.2.5 睡眠缺失129

4.2.6 警觉度131

4.3 神经工效学技术的应用133

4.3.1 神经增强133

4.3.2 自适应自动化139

4.3.3 增强认知142

4.4 神经工效学促进军事、航天技术发展的重要意义145

4.5 本章小结147

思考题147

参考文献148

第二部分 神经传感与成像153

第5章 神经模型与计算153

5.1 神经元放电模型153

5.1.1 概述153

5.1.2 细胞膜的电学效应154

5.1.3 LIF模型及其改进156

5.1.4 H-H模型及其改进157

5.2 神经元学习与突触模型161

5.2.1 概述161

5.2.2 学习162

5.2.3 Hebbian理论与突触模型163

5.2.4 突触重塑的调节机制165

5.3 神经编码167

5.3.1 概述167

5.3.2 神经元的信息表达167

5.3.3 神经元信息编码模式168

5.4 神经网络计算模型171

5.4.1 概述171

5.4.2 动力学模型171

5.4.3 拓扑学模型182

5.5 皮层计算的神经约束186

5.5.1 概述186

5.5.2 大脑活动的边界约束186

5.5.3 局部配线的生物学约束187

5.5.4 神经通信网络的布局187

5.5.5 神经活动的能量限制189

5.6 认知电位神经学模型190

5.6.1 概述190

5.6.2 认知电位ERP190

5.6.3 诱发模型与振荡模型193

5.6.4 混合模型197

5.7 本章小结198

思考题198

参考文献199

第6章 神经电生理信号检测201

6.1 微电极神经系统电信号检测201

6.1.1 单离子通道电信号检测201

6.1.2 微电极阵列电信号检测208

6.2 大脑神经电信号检测技术212

6.2.1 脑电图212

6.2.2 皮层脑电图217

6.2.3 脑磁图219

6.3 外周神经系统电信号检测223

6.3.1 肌电信号检测223

6.3.2 心电信号检测225

6.3.3 眼电信号检测227

6.3.4 皮电信号检测228

6.3.5 胃电信号检测229

6.4 神经系统电信号多模式联合检测230

6.5 本章小结232

思考题232

参考文献232

第7章 神经电信号分析基础234

7.1 神经电信号234

7.1.1 自发脑电234

7.1.2 诱发电位235

7.1.3 诱发节律236

7.1.4 动作电位236

7.1.5 局部场电位236

7.2 神经电信号处理算法基础237

7.2.1 叠加平均与自适应滤波237

7.2.2 傅里叶分析239

7.2.3 时频分析241

7.2.4 相干分析243

7.2.5 非线性动力学参数245

7.2.6 因果性分析249

7.2.7 溯源分析251

7.2.8 主成分分析254

7.2.9 独立分量分析256

7.2.10 模式识别257

7.3 事件相关脑电信号分析262

7.3.1 事件相关电位分析262

7.3.2 诱发节律分析265

7.3.3 稳态诱发电位分析269

7.4 峰电位处理275

7.4.1 峰电位检测275

7.4.2 峰电位识别276

7.5 局部场电位分析277

7.5.1 一维局部场电位分析277

7.5.2 局部场电位特定节律同步性及方向耦合分析279

7.5.3 局部场电位交叉节律耦合分析281

7.6 本章小结284

思考题284

参考文献285

第8章 神经成像与图像处理287

8.1 计算机断层扫描成像287

8.1.1 CT成像的基本原理288

8.1.2 CT成像在神经系统疾病诊断的应用291

8.2 功能磁共振成像293

8.2.1 BOLD-fMRI成像原理293

8.2.2 fMRI实验设计基础与原则294

8.2.3 fMRI数据处理与分析296

8.2.4 fMRI的典型应用301

8.3 扩散磁共振成像302

8.3.1 dMRI的基本原理303

8.3.2 dMRI的数据采集305

8.3.3 dMRI的高斯重建模型308

8.3.4 dMRI的其他重建模型311

8.4 光学神经成像315

8.4.1 神经元活动的光学成像316

8.4.2 神经元网络的光学成像318

8.4.3 特定脑皮层功能构筑的光学成像319

8.4.4 系统与行为层面的脑功能光学成像320

8.5 本章小结322

思考题323

参考文献324