Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xây dựng hệ thống kích thích tế bào thần kinh và ứng dụng trong đánh giá đáp ứng không gian của tế bào vị trí hồi hải mã

Chia sẻ: Gaocaolon6 Gaocaolon6 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

51
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án với mục tiêu xây dựng một hệ thống có khả năng kích thích, ghi hoạt động điện của tế bào thần kinh dựa trên nền tảng kiến thức Kỹ thuật điện tử. Xây dựng các mô hình thuật toán kích thích điện tế bào thần kinh tương ứng cho 4 bài tập thực nghiệm đối với chuột nhắt tích hợp trên mô hình hệ thống đã đề xuất.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xây dựng hệ thống kích thích tế bào thần kinh và ứng dụng trong đánh giá đáp ứng không gian của tế bào vị trí hồi hải mã

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ TẠ QUỐC GIÁP NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG KÍCH THÍCH TẾ BÀO THẦN KINH VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐÁNH GIÁ ĐÁP ỨNG KHÔNG GIAN CỦA TẾ BÀO VỊ TRÍ HỒI HẢI MÃ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 9 52 02 03 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2019
Công trình được thực hiện tại Viện khoa học và Công nghệ quân sự - Bộ Quốc phòng Người hướng dẫn khoa học: 1. TS Nguyễn Lê Chiến 2. TS Lê Kỳ Biên Phản biện 1: PGS. TS Trần Đức Tân Phản biện 2: PGS. TS Nguyễn Minh Phương Phản biện 3: TS Lê Mạnh Hải Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Viện, họp tại Viện Khoa học và Công nghệ quân sự vào hồi….giờ….ngày …..tháng .... năm…. Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ quân sự - Thư viện Quốc gia Việt Nam
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Kỹ thuật y sinh là ngành khoa học ứng dụng đóng vai trò như cầu nối giữa ngành nghiên cứu cơ bản từ vật lý, hóa học, sinh học đến các lĩnh vực kỹ thuật như điện tử, điều khiển, tin học, công nghệ micro và nano nhằm đưa ra các giải pháp trong y học và sinh học với mục đích phục vụ sức khỏe con người. Kỹ thuật thần kinh là một trong lĩnh vực quan trọng thuộc ngành kỹ thuật y sinh tập trung vào việc nghiên cứu, điều trị, thay thế hoặc khôi phục chức năng của hệ thần kinh. Một trong những vấn đề trọng tâm của sinh lý thần kinh là việc nghiên cứu về cơ chế của trí nhớ và sự lưu trữ thông tin trong bộ não. Để có thể nghiên cứu một cách toàn diện về sinh lý thần kinh cần có các hệ thống thiết bị phù hợp cùng chương trình điều khiển chính xác và ổn định. Vì vậy, việc xây dựng và phát triển các hệ thống nghiên cứu sinh lý thần kinh là một hướng nghiên cứu thiết thực mang tính ứng dụng và tính thực tiễn cao. Từ vấn đề trên, đề tài đề xuất xây dựng một hệ thống kích thích và ghi hoạt động điện của tế bào thần kinh cũng như đáp ứng hành vi, đáp ứng không gian của động vật khi kích thích điện với thuật toán kích thích phù hợp. Điều này có vai trò quan trọng trong việc tìm hiểu sâu hơn về cơ chế hoạt động của tế bào thần kinh và các chức năng của bộ não. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng một hệ thống có khả năng kích thích, ghi hoạt động điện của tế bào thần kinh dựa trên nền tảng kiến thức Kỹ thuật điện tử. - Xây dựng các mô hình thuật toán kích thích điện tế bào thần kinh tương ứng cho 4 bài tập thực nghiệm đối với chuột nhắt tích hợp trên mô hình hệ thống đã đề xuất. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2 - Đối tượng: trên cơ sở các thiết bị đảm bảo khả năng kích thích hiệu quả vùng tế bào đã xác định và ghi thành công hoạt động điện của tế bào thần kinh tế bào vị trí hồi Hải mã. Bên cạnh đó cần các thiết bị phụ trợ quá trình kích thích, ghi và chương trình bài tập nhằm tích hợp, đồng bộ hóa thành hệ thống hoàn chỉnh. Quá trình kích thích, ghi và lưu trữ dữ liệu được tự động hoàn toàn, phân tích khách quan. - Phạm vi nghiên cứu: xây dựng phát triển hệ thống có khả năng kích thích, ghi hoạt động điện của tế bào thần kinh. Tích hợp các chương trình trên cơ sở mô hình thuật toán vào hệ thống đã đề xuất. Triển khai mô phỏng giả lập và thực nghiệm nhằm đánh giá hiệu quả của hệ thống trên nền tảng kiến thức Kỹ thuật điện tử. 4. Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng các chương trình thu thập số liệu, mô phỏng, mô phỏng giả lập và thực nghiệm trên chuột nhắt trong xây dựng, đánh giá hệ thống và chương trình bài tập. 5. Nội dung nghiên cứu và cấu trúc của luận án - Luận án nghiên cứu tổng quan về hoạt động điện của tế bào thần kinh. - Mô hình hóa tế bào thần kinh như mạch điện tử tương đương và xây dựng các thuật toán kích thích điện tế bào thần kinh. - Đánh giá mô hình thuật toán, hệ thống hoàn chỉnh thông qua mô phỏng giả lập và thực nghiệm trên chuột. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án - Đưa ra bộ tham số kích thích phù hợp với đối tượng nghiên cứu. - Đề xuất xây dựng hệ thống kích thích, ghi hoạt động điện của tế bào thần kinh cùng với 4 thuật toán của 4 bài tập thực nghiệm trên động vật. - Thực hiện mô phỏng giả lập và thực nghiệm trên chuột nhằm đánh giá chương trình và hệ thống đã đề xuất. - Giải quyết bài toán mà y học đặt ra trong nghiên cứu chức năng hệ thần kinh trung ương.
3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HOẠT ĐỘNG ĐIỆN CỦA TẾ BÀO THẦN KINH 1.1. Điện thế màng tế bào thần kinh Tương tự các tế bào sống khác trong cơ thể sinh vật, tế bào thần kinh cũng có các thành phần cấu trúc cơ bản gồm màng tế bào, nhân và các bào quan. Trong đó, hoạt động điện của tế bào sống nói chung và tế bào thần kinh nói riêng liên quan mật thiết tới đặc điểm cấu tạo và các hoạt động diễn ra trên màng tế bào. 1.2. Kích thích điện tế bào thần kinh và vai trò trong nghiên cứu y học Việc xây dựng mô hình thuật toán và hệ thống kích thích tế bào thần kinh được dựa trên cơ sở nghiên cứu các tính chất, nhất là tính chất điện của màng tế bào; ảnh hưởng của các tham số kích thích điện đối với tế bào thần kinh; đáp ứng điện của màng tế bào và vai trò của kích thích điện trong nghiên cứu y học. Từ đó, làm cơ sở để xây dựng mô hình thuật toán và hệ thống kích thích tế bào thần kinh. Hình 1.1. Thay đổi điện thế màng tế bào dưới tác dụng xung kích thích. 1.3. Đáp ứng của màng tế bào đối với kích thích điện Khi tế bào thần kinh được kích thích, điện thế màng của tế bào sẽ thay đổi. Sau khi đáp ứng với kích thích, điện thế màng trở về giá trị nghỉ
4 ban đầu của nó. Nếu sự kích thích màng không đủ gây ra điện thế xuyên màng để đạt tới ngưỡng thì màng sẽ không được kích hoạt. Các tham số ảnh hưởng tới kích thích điện nội sọ đặc trung nhất là tham số cường độ và tần số, qua đó xác định được ngưỡng kích thích, mức đáp ứng tối đa. Trong nghiên cứu này xung kích thích là chùm xung dương tính cathode và tùy biến cường độ hoặc tần số. 1.4. Kỹ thuật ghi điện thế hoạt động tế bào thần kinh Kỹ thuật ghi điện thế tế bào thần kinh được phát triển từ những năm 1940, sử dụng vi điện cực ngoại bào để xác định đặc điểm điện thế của một neuron, gần đây là nghiên cứu đáp ứng của tế bào thần kinh trong mối tương quan với các hành vi, các yếu tố kích thích trên động vật đang thức tỉnh và vận động hoặc xác định mối liên kết giữa các tế bào thần kinh thuộc các trung khu khác nhau. Đồng thời, các kỹ thuật và trang thiết bị cũng được cải tiến cho phép khảo sát và phân tích hoạt động của neuron được chính xác và thuận tiện hơn . 1.5. Hồi Hải mã và tế bào vị trí hồi Hải mã Các nghiên cứu cho thấy tế bào vị trí hồi Hải mã có vai trò trong lưu giữ thông tin, chuyển đổi trí nhớ ngắn hạn để hình thành ký ức trong trí nhớ dài hạn và khả năng định hướng trong không gian. 1.6. Cơ sở mô hình mạch điện tử tế bào thần kinh Để nghiên cứu và hiểu sâu hơn quá trình hoạt động điện thế của màng tế bào đối với kích thích điện. Các nhà khoa học đã mô hình hóa hệ thống dẫn truyền như mô hình mạch điện tử. 1.7. Các công trình liên quan đến luận án - Trong nước: chưa có hệ thống kích thích, ghi hoạt động điện tế bào thần kinh một cách hoàn chỉnh. - Trên thế giới: hệ thống kích thích, ghi hoạt động điện tế bào thần kinh điều khiển thủ công, chưa đồng bộ hệ thống dẫn đến việc phân tích số liệu thiếu khách quan. Các nghiên cứu sử dụng hệ thống tương tự mới chỉ đi mô tả hệ thống và kết quả nghiên cứu, song chưa đánh giá hệ thống. 1.8. Kết luận chương
5 Chương 2 MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ CÁC THUẬT TOÁN KÍCH THÍCH ĐIỆN TẾ BÀO THẦN KINH 2.1. Mô hình điện tử màng tế bào thần kinh và khảo sát các tham số kích thích điện Hoạt động điện thế màng tế bào có thể được mô phỏng tương tự một mạch điện tử. 2.1.2. Mô phỏng các tham số kích thích trên mô hình Maeda và Makino XSC1 XFG2 Ext Trig SC1 COM + _ IO1 A B IO3 _ _ + + IO2 R2 PWM 200Ω R8 100kΩ R6 300Ω Q3 R5 I1 C1 2N3904 10kΩ R1 Q2 0.5µF Q1 100kΩ 2N3906 2N3904 Q5 0.07mA Q4 R3 2N3904 2N3904 100kΩ R4 XMM1 C4 1kΩ 0.2µF C3 V1 1µF 5V V2 0.4V Hình 2.3. Mô hình điện tế bào thần kinh dưới kích thích bằng xung điện một chiều phỏng theo mô hình của Maeda và Makino. 2.1.3. Kết quả mô phỏng và thảo luận Các tham số tần số và biên độ của xung kích thích được đưa vào mạch điện mô phỏng hoạt động của màng tế bào theo Maeda và Makino bằng chương trình NI Multisim 14.0 2.1.3.1. Điện áp đáp ứng với xung kích thích có tần số cố định ở mức 80Hz và tùy biến cường độ dòng điện. Kết quả cho thấy điện áp đáp ứng tăng lên tương ứng với cường độ kích thích. Tuy nhiên, sự biến thiên này là không tuyến tính với khoảng “bùng nổ” điện áp đáp ứng từ giá trị cường độ khoảng 10μA rồi điện áp đáp ứng tăng đều theo cường độ kích thích trong khoảng từ 10 -110μA.
6 Ngoài khoảng cường độ kích thích 10 -110μA, điện áp đáp ứng tăng vọt và mất kiểm soát. Về lý thuyết, điều này giải thích nguy cơ đánh thủng kênh dẫn đối với linh kiện điện tử và nguy cơ phá hủy màng tế bào. Hình 2.6. Sự thay đổi điện áp theo cường độ kích thích tại tần số 80Hz. 2.1.3.2. Đáp ứng khi cố định cường độ, thay đổi tần số dòng điện kích thích Kết quả mô phỏng thể hiện trên hình 2.7 cho thấy khi thay đổi giá trị tần số từ 0 -180Hz với mức thay đổi 10Hz, điện áp đáp ứng có xu hướng tăng nhanh và đạt giá trị cực đại tại khoảng tần số 100Hz và thể hiện xu hướng giảm ở tần số lớn hơn. Hình 2.7. Sự thay đổi điện áp theo tần số kích thích, giữ cường độ 70μA.
7 2.2. Hệ thống kích thích và ghi đáp ứng điện thế hoạt động của tế bào thần kinh Hình 2.8. Mô hình kích thích và ghi điện thế của tế bào thần kinh. - Hệ thống giám sát hành vi: gồm camera CCD giám sát quá trình vận động, hành vi và tọa độ chuột - Hệ thống kích thích: thiết bị phát xung có chức năng thiết lập các dạng xung, tham số của xung (Stimulator) thông qua USB 6501 tới bộ cách ly và biến đổi số - tương tự (Isolator) tới tế bào thần kinh chuột thông qua điện cực kích thích. - Hệ thống ghi: được ghi thông qua điện cực ghi. Tín hiệu ghi được ở dạng tương tự được khuếch đại 2 tầng và xử lý thông qua thiết bị Plexon. Điện thế hoạt động được ghi, đếm đồng bộ với thời điểm phát xung kích thích cũng như tọa độ của chuột thông qua tín hiệu điều khiển (dạng TTL) từ chương trình xử lý được cài đặt trong máy tính tới hệ thống Plexon thông qua thiết bị USB 6501. Từ mô hình hệ thống đã xây dựng và phát triển, luận án xây dựng các chương trình phần mềm tích hợp tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh, có khả năng kích thích, ghi hoạt động điện thế tế bào thần kinh thông qua các chương trình bài tập được thuật toán hóa.
8 2.3. Xây dựng mô hình thuật toán kích điện đối với tế bào thần kinh 2.3.1.1. Mô hình kích thích điện tế bào thần kinh với bài tập NPT Mạch xử lý Màn hình Isolator Stimulator USB Xử lý 6501 trung tâm Điện cực KT Cảm biến Chuột Hình 2.10. Mô hình hệ thống kích thích và đáp ứng hành vi nhúng mũi. Thông tin đầu vào - hành vi nhúng mũi của chuột được tiếp nhận thông qua bộ cảm biến quang đặt ngầm trong một lỗ tròn đường kính 1,5cm trong lồng tập phản xạ. Tín hiệu đáp ứng từ cảm biến được đưa vào mạch xử lý để đếm số lần nhúng mũi thỏa mãn điều kiện bài toán được mô tả trên mô hình hình 2.10. 2.3.1.2. Kích thích điện tế bào thần kinh với bài tập NPT a) Ý nghĩa của bài tập NPT Thuật toán bài tập NPT (Nose - poking Task: Bài tập nhận thưởng khi nhúng mũi) dựa vào những yêu cầu chặt chẽ về các điều kiện phát thưởng. Thông qua bài tập thực nghiệm này sẽ khảo sát được các tham số cường độ và tần của xung điện kích thích có phù hợp với các giá trị tham số đã mô phỏng trước đó. Chương trình bài tập NPT được thể hiện trực quan trên giao diện chương trình, đối tượng khảo sát là cường độ hay tần số xung kích thích. Bên cạnh đó, chương trình giám sát chặt chẽ các điều kiện nhận thưởng và tự động phát thưởng khi các điều kiện bài tập được thỏa mãn; số lần phát thưởng hay số lần nhúng mũi được cập nhật và biểu diễn trực quan dạng biểu đồ hình cột. Các giá trị đó được lưu lại dạng tệp và được phân tích khách quan nhằm đánh giá các giá trị tham số phù hợp nhất đưa vào sử dụng trong các bài tập đáp ứng không gian. Kỳ vọng của bài tập NPT tìm ra những tham số tối ưu của xung điện kích thích làm chuột hứng thú và nhúng mũi nhiều nhất trong khoảng thời gian thực hiện bài tập.
9 c) Lưu đồ thuật toán Bắt đầu Pt = 0; maxPt; chammui = 0; t = 0; maxT; ptDelta = 0; tDelta = 0; delta; countInterval = 0; interval Chammui Đọc dữ liệu t++; delta++; no chammui =1 yes chammui = 0; pt++; ptDelta++ no tDelta = delta yes lưu ptDelta; ptDelta = 0; tDelta = 0 no t == interval*(countInterval + 1) yes Pt == maxPt no countInterval++ || t== maxT yes Kết thúc Hình 2.11. Lưu đồ thuật toán bài tập NPT. 2.3.2. Mô hình và thuật toán kích thích điện tế bào thần kinh với bài tập không gian 2.3.2.1. Mô hình kích thích với bài tập DMT Màn hình Isolator Stimulator USB Bộ xử lý CCD camera 6501 trung tâm Chuột nhắt Hình 2.12. Mô hình đối với bài tập DMT.
10 2.3.2.2. Xây dựng thuật toán kích thích điện đối với bài tập DMT a) Ý nghĩa bài tập DMT Thuật toán bài tập DMT (Distance Movement Task: Bài tập phát thưởng theo khoảng cách vận động) dựa vào những yêu cầu chặt chẽ về các điều kiện phát thưởng. Thông qua bài tập thực nghiệm này sẽ luyện tập khả năng vận động của chuột theo các yêu cầu từ dễ tới khó, đồng thời cũng khẳng định được giá trị tối ưu của các tham số cường độ và tần của xung điện kích thích đã xây dựng ở bài tập NPT. b) Bài tập DMT c) Lưu đồ thuật toán Bắt đầu Pt = 0; s = 0; t = 0; xt-1 = x0; yt-1 = y0; xt = x0; yt = y0; maxpt; maxT; delta t++; xt-1 = xt; yt-1 = yt Đọc dữ liệu xt; yt s+ = sqrt[(yt-yt-1)2 + (xt-xt-1)2] no s >= delta yes s=0 Pt++ no Pt = maxPt || t = maxT yes Kết thúc Hình 2.13. Lưu đồ thuật toán kích thích cho bài tập DMT.
11 2.3.2.3. Mô hình kích thích với bài tập RRPST và PLT Màn hình Isolator Stimulator USB Bộ xử lý CCD camera 6501 trung tâm Pre Plexon AMP Điện cực KT Điện cực ghi Chuột nhắt Hình 2.14. Hệ thống kích thích và ghi điện thế hoạt động tế bào thần kinh trên chuột nhắt. Thuật toán kích thích điện với bài tập RRPST a) Ý nghĩa bài tập RRPST Thuật toán bài tập RRPST (Random Reward Place Search Task: Bài tập tìm vùng nhận thưởng ngẫu nhiên) dựa vào những yêu cầu chặt chẽ về các điều kiện phát phần thưởng, thuật toán kích thích điện đánh giá khả năng vận động và nhu cầu tìm kiếm phần thưởng là cơ sở để xây dựng chương trình và giao diện bài tập RRPST. Thông qua bài tập thực nghiệm này sẽ luyện tập khả năng vận động tìm kiếm phần thưởng của chuột với vùng phần thưởng được xuất hiện ngẫu nhiên. Số lần phát thưởng hay quãng đường di chuyển của chuột được mô phỏng trực quan đường chạy của chuột và cập nhật số phần thưởng cũng như quãng đường chuột thực hiện được. Các giá trị đó được lưu lại dạng file và được phân tích khách quan nhằm đánh giá khả năng vận động tìm phần thưởng của chuột trong không gian nhất định. b) Bài tập RRPST c) Lưu đồ thuật toán
12 Bắt đầu Pt = 0; t= 0; xt = x0; yt = y0; xzt = xz0; yzt = yz0; wz deltaTime = 0; delayTime; maxwidth; maxPt; maxT; taovungpt = false t++; deltaTime++; x t ; yt Đọc dữ liệu yes deltaTime>= delayTime & taovungpt = true xzt = rand(0,maxwidth) no yzt = rand(0,maxwidth) delta = sqrt[(xt – xzt)2 + (yt – yzt)2 ] no delta
13 định sẵn. Bên cạnh chương trình giám sát chặt chẽ các điều kiện nhận thưởng và tự động phát thưởng khi các điều kiện bài tập được thỏa mãn; số lần phát thưởng hay quãng đường di chuyển của chuột được mô phỏng trực quan đường chạy của chuột và cập nhật số phần thưởng cũng như quãng đường chuột thực hiện được. Các giá trị đó được lưu lại dạng file và được phân tích khách quan nhằm đánh giá khả năng vận động tìm phần thưởng của chuột trong không gian nhất định. a) Bài tập PLT c) Lưu đồ thuật toán Bắt đầu Pt = 0; t = 0; xz1; yz1; xz2; yz2; wz vungphanthuong = 1; deltaTime = 0; delayTime; maxPt; maxT; delta t++; deltaTime++; xt; yt Đọc dữ liệu no vungphanthuong =1 yes delta = sqrt[(xt - xz1)2 +(yt - yz1)2] delta = sqrt[(xt - xz2)2 +(yt - yz2)2] no no delta delayTime yes yes delta = 0; delta = 0; deltaTime =0 deltaTime =0 Pt++; Pt++; vungphanthuong = 2 vungphanthuong = 1 no Pt == maxPt || t== maxT yes Kết thúc Hình 2.16. Lưu đồ thuật toán kích thích cho bài tập PLT.
14 Chương 3 ĐÁNH GIÁ THUẬT TOÁN, HỆ THỐNG KÍCH THÍCH THÔNG QUA ĐÁP ỨNG HÀNH VI THỰC NGHIỆM TRÊN CHUỘT 3.1. Chất liệu và phương pháp nghiên cứu Động vật: chuột nhắt đực trọng lượng 26 - 29g. Động vật do trung tâm động vật - viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương cung cấp. Cấy điện cực: Điện cực kích thích là hai điện cực đơn cực bằng thép không rỉ, 100µm được cấy vào bó giữa não trước tại vùng sau bên của vùng dưới đồi dùng làm điện cực kích thích nội sọ (Tọa độ so với điểm mốc Bregma: trước - sau: -2,3mm; trong - ngoài: ±0,7 ÷ 0,75mm; xuống dưới: 5,3 ÷ 5,4mm). Điện cực ghi, một bộ vi điện cực ghi gồm 8 điện cực đơn được thiết kế để cấy vào vùng CA1 thuộc vùng lưng hồi Hải mã (tọa độ so với điểm mốc Bregma: trước - sau: -1,8mm; trong - ngoài: 1,8mm; xuống dưới: 1,4mm). Các điện cực ghi này đã được kiểm tra trước quá trình cấy điện cực và được mạ vàng để đảm bảo điện trở đầu điện cực giảm xuống và có giá trị trong khoảng 100 - 300k tại tần số 1kHz. Ngoài ra, 3 đinh ốc (1,2 × 3mm, Matsumoto Industry Co., Ltd., Nhật Bản) cũng được gắn lên hộp sọ động vật với chức năng làm điện cực đối chiếu và gia cố điện cực được cấy vào đầu chuột (hình 3.1). a b Hình 3.1. Mô hình và hình ảnh cấy điện cực kích thích và điện cực ghi.
15 Phương tiện nghiên cứu:  Bài tập ghi đáp ứng hành vi nhúng mũi Hình 3.2. Hộp ghi đáp ứng ICSS và hành vi nhúng mũi của chuột.  Các bài tập đáp ứng không gian và khả năng nghi nhớ: Dựa vào kết quả nghiên cứu đáp ứng ICSS và đáp ứng hành vi nhúng mũi xác định được tham số phù hợp để thực hiện các bài tập đáp ứng không gian. a b Hình 3.3. Mô hình và hình ảnh bố trí đối với bài tập không gian. Nghiên cứu được tiến hành trong môi trường mở là một hộp trụ tròn đường kính 80cm, thành cao 25cm (hình 3.3). 3.2. Kết quả mô phỏng giả lập Từ các thuật toán xây dựng qua 4 bài tập NPT, DMT, RRPST và PLT được xây dựng ở chương 2, là cơ sở để xây dựng chương trình kích
16 thích điện và ghi đáp ứng hành vi cũng như hoạt động điện của tế bào thần kinh cho 04 bài tập thực nghiệm trên chuột có giao diện dưới đây: 3.2.1. Mô phỏng đáp ứng trong bài tập NPT Hình 3.4. Giao diện chương trình mô phỏng đáp ứng kích thích với hành vi nhúng mũi. Dữ liệu được lưu và phân tích với mục đính nhằm đánh giá đáp ứng của động vật đối với giá trị của tham số cường độ và tần số kích thích. 3.3. Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm trên chuột nhắt 3.3.1. Kết quả thực nghiệm thực hiện trên bài tập NPT a. Huấn luyện ICSS Sau phẫu thuật đặt điện cực 1 tuần, động vật được đưa vào lồng ghi đáp ứng ICSS, giữa lồng có khoét một lỗ nhỏ (đường kính 1,5cm) bên dưới gắn cảm biến quang Omron EE - SPX303. Mỗi khi chuột đưa mũi vào lỗ này sẽ kích hoạt một chuỗi xung kích thích kéo dài 0,5s gồm các xung kích thích vuông Cathode 0,3ms. Đường cong theo giá trị thực tế ghi được phù hợp với dự đoán theo mô hình Gompertz và xu hướng xung đáp ứng của mô hình hóa mạch điện tử tế bào thần kinh với các giá trị cường độ xung kích thích đã khảo sát trong mô phỏng ở chương 2.
17 Cường độ kích thích Hình 3.8. Mối liên hệ giữa đáp ứng hành vi nhúng mũi với cường độ kích thích. Đồ thị đáp ứng hành vi nhúng mũi trung bình trong một phút với tùy biến cường độ kích thích và biểu diễn của mô hình Gompertz ứng với các giá trị tính toán dựa theo mô hình. Thực nghiệm tiến hành trên 07 đối tượng chuột, mỗi đối tượng thực hiện 2 lần trong 2 ngày khác nhau; mức độ thay đổi biểu diễn sai số chuẩn. Tần số kích thích Hình 3.9. Mối liên hệ giữa đáp ứng hành vi nhúng mũi với tần số kích thích. Đồ thị biểu diễn đáp ứng nhúng mũi trung bình trong một phút, tùy biến tần số kích thích (thực tế) và các giá trị tính toán (dự đoán) dựa theo mô hình Gompertz. Thực nghiệm tiến hành trên 06 đối tượng chuột, mỗi
18 đối tượng thực hiện các phiên tập trong 2 ngày khác nhau; mức độ thay đổi biểu diễn sai số chuẩn đối với kết quả thực nghiệm. 3.3.2. Kết quả thực nghiệm thực hiện trên bài tập đáp ứng không gian Hình 3.10. Phân tích và hiển thị dữ liệu trong các bài tập. (A) Kết quả thực nghiệm thực hiện trên bài tập DMT. (B) Kết quả thực nghiệm thực hiện trên bài tập RRPST. (C) Kết quả thực nghiệm thực hiện trên bài tập PLT. 3.4. Kết quả kích thích tế bào thần kinh và ghi hoạt động điện tế bào vị trí hồi Hải mã trên chuột nhắt Bộ điện cực ghi sẽ được tiến dần xuống mỗi lần ~20µm/ngày.  Đặc tính chung của tế bào vị trí hồi hải mã Hình 3.11. Hoạt động tế bào thần kinh ghi và được phân lập bằng chương trình offline-sorter (Plexon).