工程电生理学绪论 2012222

1、工程电生理学绪 论1Outline 工程电生理学课程的主要任务工程电生理学历史与背景工程电生理学的主要内容工程电生理学的主要特点学习的方法与要求主要参考书2什么是工程电生理学？34生理学研究人体生命活动规律的科学，为生命科学的一个分支，亦是医学科学的基础理论学科。人体生理学的任务就是研究构成人体各个系统的器官和细胞的正常活动过程，特别是各个器官，细胞功能表现的内部机制，不同细胞、器官、系统之间的相互联系和相互作用，并阐明人体作为一个整体，其各部分的功能活动是如何互相协调，互相制约，从而在复杂多变的环境中维持正常的生命活动过程的。5人体的生命活动包括四个基本特征机体从环境中摄取营养物质，合成为自

2、身物质的过程称为合成代谢（anabolism）。机体分解其自身成分并将分解产物排出体外的过程称为分解代谢（catabolism）机体生存的环境条件改变引起机体活动的变化机体根据外环境情况而调整体内各部分活动和关系的功能称为适应性产生与自己相似的子代个体6电生理学电生理学是一门研究生物细胞或组织的电学特性的科学。工程电生理学是建设在热力学、电磁场理论、量子理论、信息论、生理学等基础上的，以生理过程中信息产生、输运以及处理等为研究对象，进行相关生理解释与建模，以及为医学诊断、治疗、生物信息应用等提供基础的科学技术（课程）。7工程电生理学的主要任务深入理解生命的结构、功能与演化；总结生命体中信息产生

3、、变化以及传输的规律；用建立模型来表示生理的（电）信息过程，其他。8电生理学的发展历史生物电现象的发现电鱼放电现象（公元前300年）Walsh(沃尔什)发现电鱼带电Galvani(伽尔瓦尼 )的青蛙实验（1786年，1791年）Matteucci(马图西)生物电流测量（1842年）Luigi Galvani (1737-1798)910生物电检测测量生物电最初的设备是马泰乌奇根据伽伐尼的蛙标本(frog preparation)加以改进，制成的“检电蛙”德国生理学家迪布瓦雷蒙于1849年设计了第一台测试仪器，称作周期断流器或称电流断续器(rheotome)。该装置最初主要是用于测量神经系统的电

4、位变化。伯恩斯坦(Julius Bernstein , 1839-1917)进行了多方改进，使其能够获得被测对象的动作电流振动时的图解波形。11德国 Emil Du Bois Reymond (生理学家):改进和设计了许多研究生物电现象的设备和仪器，如电键、乏极化电极、感应线圈和更为灵敏的电流计等；又对生物电进行了广泛和深人的研究，如在大脑皮层、腺体、皮肤和眼球等生物组织或器官都发现了生物电，特别是1849他又在神经干上记录到损伤电位和活动时产生的负电变化，即神经的静息电位和动作电位121875年由法国物理学家，诺贝尔物理奖得主李普曼(Gabriel Jonas Lippmann,1845-1

5、921)发明了一种极灵敏的毛细管静电计(capillary electrometer)，他在巴黎示范和论证了这一装置，并将这一发明无偿献给了法国物理学会。这种装置是用全新的物理原理设计的，它一出现，另一位在巴黎的法国生理学家马雷(Etienne Jules Marey ,1830-1904)很快认识到，其灵敏度和反应速度非常适合于记录迅速变化着的生物电活动。他设计了和这种仪器匹配的光学记录系统，这样该仪器就可以用于记录各种变化的生物电。 1320世纪20年代， Gasser和Erlanger将阴极射线示波器等近代电子学设备引入神经生理学研究，促进了生物电研究的较快发展。于1944年他们两位由于

6、对神经纤维电活动的分析而共同获得了诺贝尔奖英国生理学家A.L. Hodgkin,Huxley 和Eccles将毛细玻璃管电极从切口纵向插入乌贼的巨轴突内，首次实现了静息电位和动作电位的胞内记录。基于对神经生理学研究的贡献，霍奇金(A.L. Hodgkin)、胡克列(Huxley)和埃克勒斯(Eccles)三人分享了1963的生理学或医学诺贝尔奖。14Katz首先将微电极技术应用于开展了神经肌肉接头突触的研究，为此于1970年也获得了诺贝尔奖。在神经系统研究的蓬勃发展的基础上，于20世纪60年代便形成了神经系统研究的综合学科，即神经生物学和神经科学。15生物电的产生机理Hermann(赫尔曼 )

7、的“变质学说”（1879年）Bernstein(伯恩斯坦 )的“薄膜学说”（1902年）Hodgkin(霍奇金)与Huxley(赫克斯利)的“钠离子学说”（1949年）膜离子理论(1976年)，德国科学家Erwin Neher和Bert.Sakmann共同发展了一种允许记录通过离子单通道的非常小的电流（PA，即10-12）的技术，即膜片钳技术 Neher和Sakmann发现了细胞膜选择性通透的原因是与离子通道的直径有关，一种离子通道只允许某种大小的离子通过，1991年获得诺贝尔奖。 16生物电的应用研究脑电图技术肌电图技术心电图技术功能性神经肌肉刺激等等17Richard Caton, 英国内

8、科医生将电极直接放在暴露的动物脑表面，发现存在电信号，发表于1875年 1887年, Caton通过干扰落在动物眼中的光线，检测到脑电的负向波动脑电图EEG(electroencephalogram )的历史18History of EEGDr. Hans Berger, 奥地利精神病学家首次记录人体脑电十八世纪20年代早期，利用移动感光纸和闪动光点记录脑电，发现每秒10次的常规波动由于这是他第一个从人类EEG中分离出来的波，他将此波动命名为波1929年，Berger发表了该结果，这是有关人类脑电的第一篇论文19202122心电图ECG(electrocardiogram )1895年荷兰生理

9、学家W. Einthovon首次从体表记录到心电波形。W. Einthovon获得1924年诺贝尔奖232425肌电图26272829课程的主要内容生理的物理、化学以及信息学基础膜生物物理生物电的产生、传输及相关模型心电、脑电、肌电等电生理的基础电磁生物效应30工程电生理学的主要特点对生命结构、生命现象的深入理解（微观）结构-功能生物过程的关系建立模型，特别是生命体内信息产生、传输等过程的模型生物医学工程学科中的“桥梁”部分以生命体中电子信息为对象，为线索31学习的方法与要求（带着问题的）课堂学习、讨论与自学相结合；广泛发现最新的一些资料；（虚拟）实验与兴趣研究；要求：纲要性的认识对某些方面有较深入的理解提出问题32作业、实验与考核作业：自愿提交实验：演示与自己设计及实验考核：期末考试（70%）+平时成绩（20%）+实验（10%）33主要参考书1教材