基于芯片技术的嗅觉模型研究

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1、摘要神经系统的研究目前引起了世界各国学者广泛的关注。不仅是由于嗅觉神经系统是目前人们了解得最少的感觉神经系统，而且，以往的研究表明嗅觉神经系统的机理与大脑学习记忆的机理有着十分密切的关系。为此，本课题开展的研究将有助于人们探索和认识嗅觉系统乃至大脑的机理。就嗅觉神经系统的研究，本文主要在嗅觉模型仿真计算和嗅觉神经芯片制作两个方面做了初步的准各工作。本文详细介绍了嗅觉机理研究中曾经提出的嗅觉系统模型，其中主要介绍K系列模型。经过长期、大量的嗅觉生理实验，美国神经生理学家WaterJ．Freeman教授建立了一整套基于嗅觉系统的模

2、式识别模型，并命名为K系列模型。该模型包括K0、KI、KII、KIII四个层次，以实验为依据提出了从单个神经单元(KO)，到小的神经团簇(KI)、到神经元结合(KII)直到包括整个嗅觉系统的神经网络(KIII)。它采用非线性动力学的方法对生物的嗅觉系统进行模拟和建模，模拟嗅觉系统信息处理过程，为信息处理、人工智能和生物仿真提供了一套全新的思路和算法。基于场效应管阵列的细胞传感器是一种无损测量细胞动作电位的器件，可以定位到单个的细胞，实现实时检测外界电刺激作用下的膜电位的改变。本文采用传统IC工艺方法设计并完成了基于场效应管阵列

3、的细胞传感器阵列的制备；在玻片上用化学处理方法成功地完成了嗅觉神经细胞的培养和生长。上述两方面的研究工作为嗅觉神经芯片的制作和嗅觉模型的研究奠定了良好的基础；通过进一步研究可以将细胞传感器阵列实验结果和K系列模型相结合，利用细胞传感器阵歹0得到的数据来验证和改善K系列模型。关键词：嗅觉系统；嗅赏系统仿真：K系列模型；FET阵列；细胞传感器：AbstractNowmoreandmorescientistshaveputtheireyesintheresearchoftheneuralsystem，especiallyaboutt

4、heolfactorysystem．OlfactorysensormaybethemostLtnJQ30WP_one．Itisreportedthatthemechanismofolfactoryneuralsystemcouldhavemanyrelations埘mthestudyandmemorymechanismofthebrain．SOwecallknowmoreabouttheneuralsystemthroughthestudiesoftheolfactorysystem．Inthispaper,twostudie

5、sofolfactoryarestudied--Simulationandmodelingofolfactorysystem，andthestudyoftheolfactoryneuralchip．Asetofmodelsforpatternclassificationbasedonolfactorysystem．whicharenamedKset，hasbeenestablishedrecently．Simulatinglivingbeing’Solfactorysystem，itimprovesthespeedandcol

6、Tectnessofpatternclassificationsignificantlyusingnonlineardynamicsmethod．BasedonFreeman’Spreviouswork，K0～KIIImodelsareanalyzedinthispaper．TheresultsoftheapplicationofKIImodelontheclassificationofone-dimensionalbinaryseriesarepresented．Thecell-basedbiosensorusingFETa

7、rrayprovidesanon-invasivewayforrecordingtheactivepotentialrealtime，anditcallbereachtoasinglecell．Thesensorsarrayisdesignedandfabricatedusingtraditional／Ctechnology．Wehaveculturedtheolfactorycellsontheglassslice．Moreover,theFETcellbasedsensor、villbecombinedwithKsetof

8、modelsfortestingthesemodels，especiallyimprovingthesemodels．Keywords：olfactorysystem；simulationandmodelingofolfactorysystem；Ksetofmodels；FE