大壁虎中脑运动相关脑区的实验及脑区三维表示

论文摘要

近年来,生物机器人由于其在运动的平稳性、灵活性、健壮性、环境的适应性及能源利用效率等方面比其它机器人具有优越性,因此成为机器人技术中主要研究方向之一。而要成功控制生物机器人的运动行为,采用电刺激其脑部运动核团是直接和有效的控制方式之一,为此必须要探明其运动核团在脑中的具体位置。本文以麻醉状态下的大壁虎为研究对象,试图从壁虎高级神经中枢来实现大壁虎运动的人工制导,利用其代替人完成人所不能和人所不敢的特殊任务。在此背景下,本文首先介绍了各类脊椎动物脑部的进化和比较,阐述了课题研究壁虎中脑的原因和意义,然后采用金属电极电刺激的方式,对大壁虎中脑区进行电刺激,探索大壁虎中脑的运动脑区。同时记录产生特定动作模式的相应脑区并进行组织学鉴定,制作大壁虎脑组织切片,对在实验中产生动作模式的区域进行标记。在此基础上采用逆向工程软件Geomagic Studio进行大壁虎中脑脑轮廓的构建以及大壁虎电刺激实验中动作区域的三维表示。本文的研究结果表明,刺激大壁虎中脑相关脑区可以诱导出鸣叫以及脊柱单侧弯曲、脊柱S形弯曲、四肢运动(外伸、内收、抬腿迈步)三类典型动作模式,这为人工制导大壁虎的运动提供了有益的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 生物机器人的应用前景
• 1.1.2 国内外生物机器人的研究概况
• 1.2 本文的研究背景
• 1.2.1 课题来源
• 1.2.2 课题的目的和意义
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 脊椎动物脑的进化过程及大壁虎脑部结构的研究
• 2.1 脊椎动物脑的发育
• 2.1.1 圆口类动物脑的进化
• 2.1.2 鱼类动物脑的进化
• 2.1.3 两栖类动物脑的进化
• 2.1.4 爬行类动物脑的进化
• 2.1.5 鸟类动物脑的进化
• 2.1.6 哺乳类动物脑的进化
• 2.2 爬行类动物与其他类动物脑的比较
• 2.3 大壁虎脑部结构的研究
• 2.3.1 大壁虎脑部的主要组织和核团
• 2.3.2 大壁虎各部分脑部结构研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 大壁虎中脑运动脑区的实验研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 实验动物
• 3.1.2 主要实验仪器
• 3.1.3 主要实验试剂
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 实验前的准备工作
• 3.2.2 动物的手术
• 3.2.3 刺激动物脑部位点
• 3.2.4 蓝点标记及心脏灌流
• 3.2.5 组织脱水透明
• 3.2.6 浸蜡包埋
• 3.3 脑组织切片的处理
• 3.3.1 载玻片用粘附剂处理
• 3.3.2 脑组织切片的脱蜡及染色
• 3.4 实验结果
• 3.5 讨论
• 3.6 实验结果三维表示
• 3.7 本章小结
• 第四章 大壁虎运动区域在脑轮廓中的三维表示
• 4.1 GEOMAGIC STUDIO 软件概述
• 4.2 大壁虎中脑轮廓的三维重建
• 4.2.1 大壁虎脑切片的配准
• 4.2.2 脑轮廓数据点的获取
• 4.2.3 点云数据的处理
• 4.2.4 擦除体外点
• 4.2.5 优化对象上点云的数量
• 4.3 创建多边形网格
• 4.3.1 在点对象上创建多边形网格
• 4.3.2 多边形网格的简化
• 4.3.3 多边形网格的光顺与补洞
• 4.4 大壁虎中脑运动区域在脑轮廓中的三维显示
• 4.4.1 运动区域数据的采集及检测
• 4.4.2 点云数据的处理
• 4.4.3 创建动作区域的多边形网格
• 4.4.4 体创建后多边形网格的光顺与补破孔
• 4.4.5 不同运动模式区域的三维显示
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 本文的主要工作和结论
• 5.2 面临问题和今后工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果