王建军 南京大学电子科学与工程系（210093）黄晓林

     宁新宝 来源：《电子技术应用》

     摘要：介绍了神经放电信号的一些特征，并介绍了针对windows95/98操作系统的特点所设计的一种神经信号实时采集和分析硬、软件系统，该系统为分析神经信号提供了一种基本的方法。

     关键词：神经信号

     神经信号的甄别 中断 虚拟设备驱动程序

     在神经生物学研究中，常常需要把微电极插到脑中神经细胞附近，记录单个神经细胞的放电（即动作电位）活动，以了解神经细胞的正常功能和异常变化。神经细胞的放电是一种尖峰状脉冲式数字信号，波幅约100~150mv，持续时间约1~2ms，重复频率最高可达数百赫兹。神经细胞在静息时存在不规则的基础放电活动，在受到刺激后会发生反应，表现为其放电频率在基础放电背景上的增高或者降低，而这些增高或降低的部分则代表有效的神经信息。由于神经细胞对刺激的反应会在刺激后某个固定的时间段出现，而基础放电则是随机出现的，因而目前常用的处理神经信息的办法是对神经细胞进行多次重复的刺激，同时把某对每次刺激的反应结果叠加起来，做成所谓“刺激后的时间直方图”和“锋电位间隔直方图”，从而将这种有效信息的统计学规律显现出来。根据研究工作的需要，我们开发了一套基于windows95/98系统的神经信号采集和分析系统。该系统能够满足神经生物学研究的需要，并具有一定的推广前景。

     1 系统构成

     整个系统由硬件系统和软件系统两大部分构成。硬件系统主要包括微电极放大器、窗口甄别器、数据采集卡和微型计算机。如图1所示，将玻璃微电极插入动物脑中拾取神经细胞的放电信号，并由微电极放大器将信号放大。经放大后的神经细胞放电信号送入窗口甄别器进行信号的选取和波形的转换，然后将转换所获得的与神经细胞放电信号一一对应的ttl脉冲信号送入数据采集卡，通过卡上的a/d转换器将此信号采集进计算机内。计算机的任务是对神经细胞的放电信号进行分析处理、存储实验数据、显示输出处理结果。

     软件系统是基于windows95/98环境自编的信号采集和分析系统，可以做出神经细胞放电信号的刺激后时间直方图和锋电位时间时隔直方图。为了让系统在windows95/98下能可靠工作，我们针对数据采集卡编写了虚拟设备驱动程序。通过vxd对硬件操作，既可以使程序稳定可靠地对硬件设备进行读写，又可以满足实时处理信号的要求。

     1.1 系统中各硬件的设计

     1.1.1 窗口甄别器

     由于神经细胞在脑内是处于容积导体之中，因而被微电极拾取到的往往是不止一个神经细胞的放电信号。窗口甄别器的作用在于可以使实验者根据神经放电信号的幅度设置电平窗口，从几个幅度不一的神经细胞放电中有选择地获取某一个细胞的放电信号并将所选取的信号转换成ttl脉冲，使计算机能够准确地加以识别。窗口甄别器实质上是一个施密特触发器，但为适应于神经生物学实验的需要而增设了一附加电路，如窗口线增辉发生和调节电路、刺激伪迹抑制电路和ttl信号输出的音响电路等。图2为窗口甄别器作用示意图。凡进入甄别窗口内的神经细胞放电信号均可触发施密特电路，从而在仪器的输出端获得一个与神经放电信号时间上相对应的ttl脉冲。实验者可以根据需要调节上、下两根窗口甄别线的高低来选定欲采集和分析的神经放电信号，摒弃其它不需要的放电信号。

     1.1.2 数据的采集和量化

     数据的采集通过数据采集卡（ac1810型，北京双诺技术有限公司）完成。该数据采集卡有一个最高采样率为100khz的a/d转换器，量化精度为12bits。该卡提供8通道双端输入，每通道