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1、工程电生理学,绪 论,Outline,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,什么是 工程电生理学？,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。,人体的生命活动包括四个基本特征,电生理学,电生理
2、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）。,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、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。,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发现电鱼带电 Galvani的青蛙实验（1786年，1791年） Matteucci生物电流测量（1837年）,
3、Luigi Galvani (1737-1798),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。,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
4、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,1875年由法国物理学家，诺贝尔物理奖得主李普曼(Gabriel Jonas Lippmann,1845-1921)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
5、-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。,20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
6、埃克勒斯(Eccles)三人分享了1963的生理学或医学诺贝尔奖。,Katz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。,生物电的产生机理,Hermann的“变质学说”（1879年） Bernstein的“薄膜学说”（1902年） Hodgkin与Huxley的“钠离子学说”（1949年） 膜离子理论,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,Richard Caton, 英国内科医生 将电极直接放在暴露的
7、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的历史,History of EEG,Dr. 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,心电图ECG,1895年荷兰生理学家W. Einthovon首次从体表记录到心电波形。 W. Einthovon获得1924年诺贝尔奖,肌电图,课
8、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,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,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,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（80%）+平时成绩（10%）+实验（10%）,
