生命的奥秘3把握生命的脉搏生生 命命 的的 奥奥 秘秘A Journey into Life2把握生命的脉搏把握生命的脉搏3一、一、认识传感器感器1.电化学化学传感器感器2.电化学生物化学生物传感器感器3.电流型流型酶传感器感器二、感知快二、感知快乐三、仿生器官三、仿生器官1.脑意相通意相通2.铁钩船船长的梦的梦3.重重见光明光明4.聆听声音聆听声音内容内容4人体的感觉器官一、一、认识传感器感器5如何知道自己身体健康状况？如何知道自己身体健康状况？6脉诊，即切脉，俗称“号脉”如何如何检测：糖尿病，心糖尿病，心脏病，病，肿瘤瘤化学化学检验:血血样，尿，尿样，体外分析：体外分析：血血压,心心电图,脑电图及及时性，准确性性，准确性6美国美国15岁男孩男孩发明明测癌症癌症试纸杰克杰克安德拉卡安德拉卡2013“英特英特尔国国际科学与工程学博科学与工程学博览会会”头奖原理：原理：间皮素（皮素（Mesothelin）抗体抗原反抗体抗原反应导电碳材料碳材料滤纸7单壁碳纳米管直径为1-6 nm多壁碳纳米管直径nm m比原方法快28倍，费用少28倍，灵敏度高100倍 7传感器：能感受感器：能感受一种信息并一种信息并变换成可成可测量信号的器件量信号的器件.分分类：物理，化学，生物：物理，化学，生物物理物理传感器感器: :物理信息物理信息( (光、声、温度、光、声、温度、压力等力等) )化学化学传感器感器: :化学信息化学信息( (组分、气味、味道等分、气味、味道等) )分分类：化学：化学传感器的工作原理：感器的工作原理：电化学式、光学式、化学式、光学式、热学式及学式及质量式等。量式等。 8由一个或多个由一个或多个能能产生与被生与被测组分某种化学性分某种化学性质相关相关电信号的信号的敏感元件所构成的敏感元件所构成的传感器。感器。被分析物被分析物选择性性敏敏感感膜膜化学信息化学信息换能能器器电信号信号二二次次仪表表 1.电化学化学传感器感器9分分类：电化学化学传感器感器的工作方式的工作方式 电位型、位型、电流型、流型、电导型型传感器感器 1）电位型位型传感器工作原理感器工作原理 离子离子选择性膜性膜离子离子选择性透性透过膜膜两个界面两个界面处形成两个形成两个液接液接电位。位。10电位型离子位型离子传感器的基本感器的基本结构构 刚性基性基质电极（玻璃膜极（玻璃膜电极）极）膜：膜：敏感膜是在敏感膜是在SiO2基基质中中加入加入Na2O、Li2O和和CaO烧结而成的特殊玻璃膜。而成的特殊玻璃膜。玻璃上的玻璃上的Na+与溶液中的与溶液中的H+发生离子交生离子交换而而产生相界生相界电位位11H+ + Na+GI=Na+ + H+GI玻璃电极与溶液接触发生离子交换反应溶液溶液玻璃玻璃溶液溶液玻璃玻璃形成内外形成内外电位差位差12离子离子传感器的响感器的响应机理机理 溶液中的离子与敏感膜上溶液中的离子与敏感膜上的离子之的离子之间发生交生交换作用作用 敏感膜内外敏感膜内外离子活度差离子活度差 敏感膜内外敏感膜内外产生生电位差位差 膜膜电位位 M M 对于阳离子：于阳离子：对于阴离子：于阴离子：132）电流型流型传感器工作原理感器工作原理 测量的量的电流信号与流信号与发生生电极极氧化（或氧化（或还原）的物原）的物质浓度度相关相关 。通通过测量量电流或流或电量量来来测定化学量定化学量 通常采用三通常采用三电极体极体系系 ：工作：工作电极、极、辅助助电极、参比极、参比电极极 143）电导型型传感器工作原理感器工作原理 通通过测量量电导来来测定化学量定化学量 惠斯惠斯顿电桥平衡法平衡法 电导型型传感器有极高的灵敏度，但几乎没有感器有极高的灵敏度，但几乎没有选择性，因此性，因此应用用较少。少。151 1）离子）离子传感器感器2 2）气体）气体传感器感器工作原理工作原理: :分分为电位型气体位型气体传感器、感器、电流型气体流型气体传感器感器（又称控制（又称控制电位位电解型气体解型气体传感器）等感器）等 。 电流型流型电化学气体化学气体传感器感器 溶解氧溶解氧电极（极（ Clark电极）极） Clark Clark电极是一种极是一种测定溶解在液体中的氧的定溶解在液体中的氧的电流型流型电极，最早由极，最早由ClarkClark在在19561956年年发明。明。电化学化学检测对象象离子离子传感器、气体感器、气体传感器、生物感器、生物传感器感器 16绝缘材料材料 Ag/AgCl参比参比电极极 电解解质溶液溶液 透氧膜透氧膜 氧气氧气进入膜后在入膜后在电极表面迅速极表面迅速还原，外原，外电路路检测的氧气的氧气还原原电流正比氧气的流正比氧气的浓度。度。 双双层膜：透气膜（将膜：透气膜（将电极、极、电解液与待解液与待测溶液分开）；溶液分开）；液膜（在透气膜与液膜（在透气膜与电极之极之间很薄的由很薄的由电解液形成的，解液形成的，约515 m）。透气膜多）。透气膜多为聚四氟乙聚四氟乙烯膜。膜。 17CO CO 气体气体传感器感器 当被当被测气体气体为COCO，对电极极为空气空气电极极时：工作工作电极：极：COCOH H2 2O OCOCO2 22H2H2e2e对电极：极：1/2 O1/2 O2 22H2H2e 2e H H2 2O O总反反应：CO CO 1/2 O1/2 O2 2 CO CO2 2当当CO扩散到散到传感器感器时，产生生电流流输出，采出，采样电路到路到中中间电路路转换放大放大输出，以出，以驱动不同的不同的执行装置，完行装置，完成声、光和成声、光和电等等检测与与报警功能。警功能。18生物生物传感器：感器：以生物活性以生物活性单元（元（酶、抗体、抗体、细胞、胞、组织等）等）作作为敏感元件，敏感元件，对目目标被被测物具有高度物具有高度选择性的性的检测器。器。它通它通过各种物理、化学信号各种物理、化学信号转换器器捕捉目捕捉目标物与敏感元件之物与敏感元件之间的反的反应，用信号表达出来。用信号表达出来。192. 电化学生物化学生物传感器感器 19敏感元件：将生物分子敏感元件：将生物分子识别元件固定化在元件固定化在载体上。体上。信号信号换能器：能器：电化学化学传感器、光学感器、光学检测元件、元件、 热敏敏电阻等。阻等。 生物生物传感器基本构成：感器基本构成：生物分子生物分子识别元件是具有分子元件是具有分子识别能力能力的生物活性物的生物活性物质（如（如酶、抗体等）。、抗体等）。20放大放大换能器能器接受器接受器信号信号测量量敏感元件敏感元件 生物催化反生物催化反应专一性一性良好的良好的选择性性生物生物传感器原理感器原理基本构成：敏感元件，信号基本构成：敏感元件，信号换能器能器待待测物物敏感物敏感物固定固定载体体电极极物理物理变化化化学化学变化化电信信号号信信号号测量量信信号号处理理敏敏感感元元电流法流法电位法位法安培法安培法2122生物传感器的结构分类23生物生物传感器的制造感器的制造分子识别材料信号变换电信号酶抗体微生物细胞电极半导体pH 电极热敏电阻光电管压电装置24电化学化学传感器感器25样品品传感器感器电系系统细胞培养物胞培养物人人样本：血、本：血、尿、唾液尿、唾液环境境样本本纳米米线阵纳米米颗粒粒电极极场效效应晶体管晶体管信号放大信号放大信号信号处理理核酸核酸细胞胞抗体抗体酶生物受体生物受体电接口接口食物食物样本本253、电流型流型酶传感器感器 将将酶促反促反应产生的物生的物质 在在电极上极上发生氧化或生氧化或还原反原反应产生的生的电流信号。流信号。 测定定对象象酶基本基本传感器感器葡萄糖葡萄糖葡萄糖氧化葡萄糖氧化酶O2,H2O2半乳糖半乳糖半乳糖氧化半乳糖氧化酶O2, H2O2尿酸尿酸尿酸尿酸酶O2, H2O2乳酸乳酸乳酸氧化乳酸氧化酶O2, H2O2胆固醇胆固醇胆固醇氧化胆固醇氧化酶O2,H2O2L氨基酸氨基酸L一氨基酸氧化一氨基酸氧化酶H2O2,I2,O2单胺胺单胺氧化胺氧化酶O2苯酚苯酚酪氨酸酪氨酸酶醌乙醇乙醇乙醇氧化乙醇氧化酶O2，H2O2 26敏感元件：葡萄糖氧化敏感元件：葡萄糖氧化酶固化膜固化膜反反应式中的可式中的可测量？量？ O O2 2 的减少量，葡萄糖酸，的减少量，葡萄糖酸， H H2 2O O2 2产生量生量（1 1）葡萄糖）葡萄糖传感器感器H2O27（2）乙醇传感器醇脱氢酶， 偶联烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD） 和 Fe(II)-Fe(III) 到电极上。 收集产生的电流醇脱醇脱氢酶28（3 3）组织传感器感器利用天然利用天然组织中中酶的催化作用的催化作用29ATPATP酶解解 依次形成依次形成 ADPADP、AMPAMP、IMPIMP（次黄（次黄嘌呤核苷酸）、呤核苷酸）、 肌苷、次黄肌苷、次黄嘌呤和尿酸。呤和尿酸。 鲜度可用下面度可用下面K K值表示：表示：K=肌苷肌苷+次黄次黄嘌呤呤ATP+ADP+AMP+IMP+肌苷肌苷+次黄次黄嘌呤呤+尿酸尿酸a.鱼鲜度度传感器感器30嘌呤核苷酸的分解呤核苷酸的分解黄黄嘌呤呤氧化氧化酶尿酸尿酸核苷酸核苷酸酶AMP腺苷腺苷H2OPi脱氨脱氨酶次黄苷次黄苷H2ONH3黄黄嘌呤呤核苷核苷酶次黄次黄嘌呤呤PiR-1-P次黄嘌呤黄嘌呤（次黄苷）尿酸31鱼死后死后鲜度主要取决于度主要取决于IMP-肌苷肌苷-次黄次黄嘌呤呤-尿酸。尿酸。将三种将三种酶（5核苷酸核苷酸酶、核苷磷酸化、核苷磷酸化酶、黄、黄嘌呤氧呤氧化化酶）固定在氧）固定在氧电极上，制成极上，制成鱼鲜度度测定定仪。当当K20时，鱼极新极新鲜，可供生食。，可供生食。K在在2040之之间为新新鲜，必，必须熟食。熟食。K大于大于40，不新，不新鲜，不宜食用。，不宜食用。K=肌苷肌苷+次黄次黄嘌呤呤ATP+ADP+AMP+IMP+肌苷肌苷+次黄次黄嘌呤呤+尿酸尿酸为什么不新什么不新鲜了？了？32B.肉肉鲜度度传感器感器肉腐肉腐败产生胺生胺测定胺定胺变化表示肉化表示肉鲜度度腐胺氧化腐胺氧化酶+过氧化氧化氢电极极或或单胺氧化胺氧化酶+氧氧电极度极度RCH2NH2+O2+ H2O RCHO+NH3+H2O2 NH2-CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH（鸟氨酸）-腐胺氧化腐胺氧化酶- NH2-CH2-CH2-CH2-CH2(NH2)-腐胺（丁二胺） 单胺氧化胺氧化酶3334宇航服，运宇航服，运动检测可穿戴的可穿戴的传感器感器检测汗液，汗液，气味，气味，心心电，肌肌电等等34二、感知快二、感知快乐Arvid Carlsson 多巴胺多巴胺是一种神是一种神经介介质，主要主要负责情欲，感情欲，感觉，将，将兴奋及开心的信息及开心的信息传递，与上与上瘾有关。有关。2000年年诺贝尔医学医学奖354-(2-乙胺基乙胺基)苯苯-1,2-二醇，二醇，简称称DA35包括伏隔核，中包括伏隔核，中脑背背侧被盖被盖区，丘区，丘脑，杏仁核以及前，杏仁核以及前额叶等部位叶等部位共同共同组成的神成的神经网网络。参与：参与：奖赏的刺激，快的刺激，快乐包括毒品包括毒品,好吃等好吃等VTANAcPFC杏仁核奖赏回路回路3637血拼血拼爱情情人人为什么会什么会对一些事物一些事物热烈追求？烈追求？爱情的故事情的故事多巴胺的作用是把亢多巴胺的作用是把亢奋和和欢愉的信息愉的信息传递,上上瘾主要是由于它主要是由于它.你的神你的神经元回路捕元回路捕获到多巴胺么？到多巴胺么？371.脑意相通意相通2.铁钩船船长的梦的梦3.重重见光明光明4.聆听声音聆听声音三、仿生器官三、仿生器官38第二次全国残疾人抽第二次全国残疾人抽样调查,2006,2006年年听力残疾听力残疾24.1624.162780万万肢体残疾肢体残疾29.0729.073345万视力残疾力残疾14.8614.8617101710万万391.脑意相通40筑波大学筑波大学HALHAL-5马丁公司的丁公司的HULC雷神公司的雷神公司的XOS41脑的保的保护环境境42大大脑的功能区的功能区43+ _+_活活动位置位置参考位置参考位置双极双极脑电记录+ _+_记录两个活两个活动位置位置电位的差位的差脑电的的记录44电极的安放国国际10-20系系统(the10-20internationalSystem)电极放置法极放置法45更多的更多的导联系系统46脑电波的分波的分类自自发脑电：大：大脑皮皮层的自的自发电活活动，其，其电位随位随时间发生生变化，用化，用电极将极将这种种电位波形提取出来并位波形提取出来并加以加以记录就可以得到就可以得到脑电图。诱发脑电：如果：如果给机体以某种刺机体以某种刺激后激后经过一定的潜伏期，在一定的潜伏期，在脑的的特定区域出特定区域出现的的电位反位反应，其特，其特点是点是诱发电位与刺激信号之位与刺激信号之间有有严格的格的时间关系。关系。47自自发脑电波形波形波：波：频率率为1-3.5Hz1-3.5Hz，振幅，振幅为20-200V20-200V，在睡眠、，在睡眠、深度麻醉、缺氧或大深度麻醉、缺氧或大脑有器有器质性病性病变时出出现。波：波：频率率为4-7Hz4-7Hz，振幅，振幅约为10-50V10-50V，在困倦，在困倦时，中枢神中枢神经系系统处于抑制状于抑制状态时所所记录的波形。的波形。 波：波：频率率8-13Hz8-13Hz，振幅，振幅20-100V20-100V，可在，可在头的枕部的枕部检测到，它是到，它是节律性律性脑电波中最明波中最明显的波。的波。 波：波：波波频率率约为131330Hz30Hz，振幅，振幅约为5-20V,5-20V,是是一种快波，一种快波，波的出波的出现一般意味着大一般意味着大脑比比较兴奋。 48自自发脑电的的时域与域与频域波形域波形normal signaltheta bandalpha bandbeta bandgamma band0 1000 Hz4 8 Hz13 30 Hz8 12 Hz30 100 Hz49事件相关事件相关电位位(Event-relatedpotentials,ERPs)多向量多向量动态信号信号50(1) 微弱，5V100 V。.(2) 频率低，0.5 Hz35Hz。 (3) 存在工频50 Hz和极化电压等强大的背景干扰。 (4) 脑电信号放大器的输入阻抗必须在几兆欧以上。脑电信号51脑电信号放大器信号放大器52前置差分放大电路 LMH6626，LTll67 放大器 UlA、UlB构成并联型双运放仪器放大器共模信号取样驱动电路由两个等值电阻R4、R5和由UlC构成的电压跟随器等组成。 U2A(电压跟随器)和UlD(反相放大) 形成共模电压负反馈电路 .LT1167构成后级放大器，将双端差动输出信号转换为常用的单端输出信号。 53脑电信号采集系信号采集系统脑诱发电位非常微弱(波幅为030V),且常常淹没在背景噪声中,需要噪声抑制强的放大系统， 54脑机接口系统信号采集前处理特征抽离翻译运算设备命令55懂你56Sony VR 设备黑客帝国 VR 设备虚拟现实（ Virtual Reality）571）表面肌）表面肌电原理原理2. 2. 铁钩船船长的梦的梦表面肌表面肌电信号的来源：信号的来源：肌肉肌肉缩放放产生生物生生物电，记录皮肤表面的皮肤表面的电压变化。化。表面机电信号时许多肌细胞电压叠加结果58肌原肌原肌原肌原纤维纤维结缔组织结缔组织细细胞核胞核胞核胞核神神神神经经- - - -肌肉接点肌肉接点肌肉接点肌肉接点肌肌肌肌纤维纤维运运运运动动神神神神经经2）骨骼肌的收）骨骼肌的收缩原理原理59神神经- -肌接肌接头处的的兴奋传递形形态结构构运运动终板板 递质囊泡（囊泡（AchAch）运运动终板膜板膜肌肌 小小节接接头间隙隙接接头前前膜膜Ach乙乙酰胆碱胆碱60神神经肌接肌接头处的的兴奋传递 动作作电位到达神位到达神经末梢末梢CaCa2+2+通道开放通道开放 CaCa2+2+进入入轴突末梢，囊泡向突触前膜移突末梢，囊泡向突触前膜移动并与之融合并与之融合 通通过出胞作用将囊泡中的乙出胞作用将囊泡中的乙酰胆碱（胆碱（Ach)Ach)释放到接放到接头间隙隙AChACh与与AChACh受体受体结合合 化学化学门控通道开放控通道开放NaNa+ +内流内流终板膜去极化板膜去极化形成形成终板板电位位 扩散到相散到相邻肌肌细胞膜胞膜总和达和达阈电位位肌肌细胞膜爆胞膜爆发动作作电位。位。61 1. 1.横管或横管或T T管：将管：将动作作电位位传导到肌到肌细胞深部。胞深部。 2. 2. 纵管管或或L L管管( (即即肌肌浆网网）：终末末池池-Ca-Ca2+2+的的贮存存/ /释放放(Ca(Ca2+2+通道通道) )和再聚集和再聚集(Ca(Ca2+2+泵) )。肌管系肌管系统肌肌浆网网终末池末池兴奋-收收缩藕藕联的的结构基构基础62粗肌粗肌丝细肌肌丝6364横横纹肌的收肌的收缩机制机制 肌肌丝滑行理滑行理论65肌膜肌膜AP经T管管扩布至肌布至肌细胞深部胞深部信息信息传递到到终池，池，释放放Ca2+胞胞浆Ca2+肌肌钙蛋白与蛋白与Ca2+结合引合引发肌肉收肌肉收缩肌肌浆网的网的钙泵将将Ca2+泵回回终池，池，胞胞浆Ca2+，肌肉舒肌肉舒张。兴奋收收缩耦耦联机制机制66神经冲动运动终板肌细胞动作电位三连管-T 管电位和钙通道变化终池钙离子释放肌钙蛋白结合钙后构象改变露出结合点并产生ATP酶活性骨骼肌收缩原理（1）信号传递67细肌丝肌钙蛋白结合钙离子 暴露-横桥和肌动蛋白结合点横桥水解ATP贮存能量横桥拖动细肌丝的移动 ATP 进入解除横桥和肌动蛋白联系（2 2）肌）肌丝的的缩放放肌肉收缩肌肉舒张 都需要ATP 骨骼肌单收缩与动作电位关系僵尸的烦恼?复述肌肉缩放？68（1 1）阻断乙）阻断乙酰胆碱受体：箭毒和胆碱受体：箭毒和银环蛇毒蛇毒 （2 2）抑制接）抑制接头前膜乙前膜乙酰胆碱胆碱释放：肉毒杆菌放：肉毒杆菌 影响神影响神经- -肌肉接肌肉接头处兴奋传递的毒素的毒素69肌肌电控制假肢控制假肢假肢701. 仿生学手连接层压套管滑入手臂2. 当病人决定移动手时，电极收集大脑信号3. 电极将指令传递给人造手后面的小型电脑4.电脑激活需要马达移动手指 71小腿仿生假肢接受肌电信号72感受器神感受器神经移植移植术仿生手臂假肢接受的肌仿生手臂假肢接受的肌电信号信号Ulnar 尺骨，distal 末梢，knuckle指关节，biceps 二头肌73DEKA手臂系统(DEKA Arm System) 已获 FDA 批准74脉脉络膜膜视网膜网膜巩膜巩膜瞳孔瞳孔角膜角膜3.3.重重见光明光明7576视觉通路外侧膝状核顶叶枕骨77视力下降，力下降，视野中心有黑影野中心有黑影（单眼）眼）视物会物会变形，眼前形，眼前灰蒙蒙的灰蒙蒙的难以辨以辨别的的图像。像。黄斑黄斑变性性成因：成因：遗传、老年、炎症。、老年、炎症。诱发因素：因素：高血高血压、糖尿病、高胆固醇血症、糖尿病、高胆固醇血症、心血管疾病、肥胖病等心血管疾病、肥胖病等;吸烟、吸烟、饮酒、酒、营养缺乏养缺乏(如胡如胡萝卜素卜素)也可引也可引发黄斑病黄斑病变;暴露于暴露于蓝光和日光光和日光;湿性黄斑湿性黄斑变性性 干性黄斑干性黄斑变性性金属金属金属金属样样反光，反光，反光，反光，视视网膜色素上皮萎网膜色素上皮萎网膜色素上皮萎网膜色素上皮萎缩缩呈地呈地呈地呈地图图状状状状大量大量大量大量视视网膜下出血网膜下出血网膜下出血网膜下出血78黄斑部病黄斑部病变自我自我测试法法(AmslerGrid)老年性黄斑老年性黄斑老年性黄斑老年性黄斑变变性的性的性的性的发发病率病率病率病率50595059岁岁3.66%5.50%3.66%5.50%，60696069岁为岁为6.04%11.19%6.04%11.19%，79预防建防建议：戴墨戴墨镜，灰、，灰、绿色。色。喝点喝点红葡萄酒，促葡萄酒，促进微循微循环。适当适当锻炼，控制体重。，控制体重。 进食富含叶黄素、玉米黄素以及食富含叶黄素、玉米黄素以及维生素生素C，E食物。食物。进行早期体行早期体检糖尿病视网膜病变视网膜脱落80视觉电生理生理利用微微电极极采采集集动物物的的视网网膜膜或或视神神经在在光光照照下下产生生的的电信信号号的的方方法法，称称为视觉电生理。生理。 视觉电生理生理 眼眼电图（EOGEOG） 视网膜网膜电图（ERGERG） 视觉诱发反反应（VERVER）81人工人工视觉82视频采集采集设备 + + 视频处理模理模块 + + 电刺激刺激编码模模块植入到植入到视觉通路的多通路的多电极极阵列列人工人工视觉83将将摄像机影像像机影像转变成大成大脑能能够理解的理解的电信号。信号。眼睛外部分：眼睛外部分： 微型照相机，微型照相机，图像像处理器理器植入部分：植入部分： 双向通信眼内模双向通信眼内模块， 多通道微多通道微电极极阵列列2008 Argus II 2008 Argus II 进入欧洲入欧洲临床，床，到到2009 2009 植入植入3030位位 Argus IIArgus II代仿生眼代仿生眼844.4.聆听声音聆听声音85声音的感声音的感觉细胞：耳胞：耳蜗毛毛细胞胞耳耳蜗毛毛细胞胞损伤严重重时，引起的，引起的的耳的耳聋。人工耳人工耳蜗： 人工人工电信号信号 替代毛替代毛细胞胞产生的生的电信号，信号， 刺激听刺激听觉神神经， 重新重新获得声音信号。得声音信号。失失聪你能听见我的说话么？86中中- -重度耳重度耳聋: :助听器助听器价格不菲、效果欠佳价格不菲、效果欠佳重度重度- -极重度极重度: :人工耳人工耳蜗3030万万27802780万万8.38.3万万亿失失聪造成家庭和社会造成家庭和社会负担沉重担沉重87声波传递 88毛毛细胞胞和螺旋神和螺旋神经节细胞胞损伤后不能自后不能自发再生再生外毛外毛细胞胞内毛内毛细胞胞耳耳蜗螺旋神螺旋神经节细胞胞 这是什么？89 声音刺激使毛声音刺激使毛细胞膜胞膜电位位发生生改改变： 盖膜运盖膜运动； 纤毛毛牵拉，拉，纤毛毛顶膜机械膜机械门控离子通道改控离子通道改变； K+K+流；流； 毛毛细胞去极化；胞去极化； 激活激活Ca+Ca+通道，通道，Ca+Ca+内流内流胞内胞内Ca+Ca+激活激活K+K+通道；通道； Ca+Ca+泵活活动，恢复，恢复Ca+Ca+梯梯度。度。901 2 3 4 5ms0mV毛毛细胞内的胞内的电位位变化化毛毛细胞下端突触前膜神胞下端突触前膜神经递质释放，放，刺激听神刺激听神经91人工耳蜗：体外+体内装置 体外：麦克风、言语转换器、发射线圈； 体内：接收线 圈、处理器、刺激电极及参照电极组成。 人工耳人工耳蜗的的组成成921.麦克麦克风收集声音。收集声音。2.处理器理器进行分析，行分析，转换成成电脉冲。脉冲。3.电脉冲以无脉冲以无线电波形式波形式传到植入体到植入体4.植入体将植入体将该电脉冲脉冲传到耳到耳蜗内内电极。极。5.电极刺激耳极刺激耳蜗听神听神经。6.听神听神经将信号将信号传到大到大脑的听的听觉中枢。中枢。7.大大脑将将这些信号些信号识别成声音。成声音。人工耳人工耳蜗的工作原理的工作原理93耳后弧形切口，耳后弧形切口，颞骨骨钻磨出小孔供穿磨出小孔供穿线固定固定开放鼓开放鼓窦，开放后鼓室。暴露，开放后鼓室。暴露砧砧镫关关节及鼓岬。及鼓岬。钻头在鼓岬上开窗，插入在鼓岬上开窗，插入试验电极。极。把移植的人工耳把移植的人工耳蜗放入准放入准备好好的骨床内，的骨床内，将将电极从鼓岬开窗极从鼓岬开窗处插入耳插入耳蜗，参照参照电极放在极放在颞肌下面。肌下面。缝合包扎。合包扎。人工耳人工耳蜗手手术94不同不同产品的品的电极植入情况极植入情况95181 181 例人工耳例人工耳蜗蜗植入者（植入者（5 5岁岁之前植入，之前植入，8-98-9岁语岁语言能力言能力评评估），与正常听力者估），与正常听力者有相似的有相似的语语言能力（言能力（ language language skillsskills）8080例儿童人工耳例儿童人工耳蜗蜗植入随植入随访访1010年年, ,40% 40% 植入者正常植入者正常语语言交流（言交流（ intelligibleintelligible）79% 79% 植入者可以使用植入者可以使用 76% 76% 植入者植入者词汇词汇得分（得分（vocabulary vocabulary scoresscores）低于同）低于同龄龄正常听力者正常听力者 Otol Neurotol 2007安全性和有效性安全性和有效性96人工耳人工耳蜗产品品性能指性能指标Cochlear公司公司AdvancedBionics公司公司MED-EL公司公司力声特力声特REZ-I产品型号品型号Nucleus24ContourHiRes90KCOMBI40+电极通道数极通道数22161222电极形状极形状圆环、锥形形0.5-0.8mm、直、直/预弯弯电极极平板平板电极、极、预弯弯电极极圆环、锥形形0.5-1.3mm、直、直电极极圆环、直桶形、直桶形0.6mm、直、直电极极电极形式极形式单电极、双极、双电极极单电极、双极、双电极极单电极、双极、双电极极单电极极电极有效极有效长度度15mm25mm27.4mm18.1mm植入装置厚度植入装置厚度6.9mm5.5mm4mm6.9mm植入装置重量植入装置重量9.5g植入装置外壳植入装置外壳钛合金合金陶瓷陶瓷钛阻抗遥阻抗遥测功能功能有有有有NRT功能功能有有言言语处理器理器体配式、耳挂式体配式、耳挂式体配式、耳挂式体配式、耳挂式体配式、耳挂式体配式、耳挂式体配式体配式言言语编码策略策略SPEAK、CIS以及以及ACEHires-S、Hires-P、CIS、MPSCISMtone编码策略策略语音音处理信号理信号带宽8KHz8KHz刺激速率刺激速率83000Hz18000Hz20000Hz音音频动态范范围80dB60dB电池技池技术锂离子充离子充电电池，持池，持续1017小小时TEMPO+：三：三颗纽扣扣电池，池，30小小时2节5号号电池，持池，持续工作工作约10小小时9719791979年年 美美国国 House House 耳耳研研所所，世界例世界例单通道听性通道听性脑干植入。干植入。全全世世界界已已有有200200多多例例患患者者接接受受了听性了听性脑干植入。干植入。听性听性脑干植入干植入听神经在哪里？98总结一、一、认识传感器感器1.电化学化学传感器感器2.电化学生物化学生物传感器感器3.电流型流型酶传感器感器二、感知快二、感知快乐三、仿生器官三、仿生器官1.脑意相通意相通2.铁钩船船长的梦的梦3.重重见光明光明4.聆听声音聆听声音99思考思考题11001.电化学化学传感器的工作原理，感器的工作原理，电位型离子位型离子传感器响感器响应原理，原理，电流型流型传感器工作原理感器工作原理2.CO气体气体传感器感器的工作原理。的工作原理。溶解氧溶解氧电极（极（Clark电极）有什么用途？极）有什么用途？3.什么是生物什么是生物传感器？感器？4.生物生物传感器常用的敏感元件和感器常用的敏感元件和换能器都有哪些？能器都有哪些？4.电流型流型酶传感器的工作原理，感器的工作原理，为什么它的特异性高？什么它的特异性高？5.葡萄糖，乙醇，葡萄糖，乙醇，鱼鲜度，肉度，肉鲜度度传感器的原理感器的原理6.设计并并简述一种生物述一种生物传感器的构造和机理感器的构造和机理7.查找找资料描述杰克料描述杰克安德拉卡安德拉卡发明的抗癌明的抗癌试纸条的工作原理条的工作原理8.人大人大脑的的奖赏回路是什么？回路是什么？为什么多巴胺可以控制我什么多巴胺可以控制我们的情的情绪？9.查找找资料料寻找有效利用或消除多巴胺影响方法。找有效利用或消除多巴胺影响方法。100思考题 21.大脑指令是如何去控制仿生假肢？ 2.自自发脑电波形各自有何种意波形各自有何种意义？3.神经肌肉接头的结构，横纹肌收缩的机制。肌电的产生机制?4.视神经的电位冲动产生的分子机制是什么？5.收集资料，了解三原色和彩色视觉，视觉细胞是如何处理色彩？6.音频信号是如何刺激听神经产生电位冲动的？7. 音频信号的波形有几种？数字信号如何传递声音的？无损音质主要解析那部分声波？ （延伸）8. 人工视觉中灰度分析中的图形单元有几种？如果眼睛只是拍照，那复眼信息如果通过视觉皮层整理？大脑的视觉信号如何处理呢？（延伸）101