生物信號采集處理系統在電激怒和電驚厥實驗的應用

梁澤華 周佑軍

摘 ? 要：應用MedLab生物信號采集處理系統設備控制方波輸出信號的功能來實現對自主研發的交流電輸出接口器的控制，從而創新電激怒和電驚厥實驗的方法，擴展了MedLab生物信號采集處理系統設備的實驗功能;結果表明，本應用研究的MedLab生物信號采集處理系統的設置參數及交流電輸出接口器的技術性能可滿足小鼠電激怒和電驚厥實驗教學的要求，可批量開發該交流電輸出接口器裝置，有一定的推廣應用價值。

關鍵詞：信號采集 ?刺激器 ?電激怒 ?電驚厥

中圖分類號：G71 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）10（b）-0220-03

生物信號采集處理系統是應用大規模集采電路、計算機硬件和軟件技術開發的一種集生物信號的放大、采集、顯示、處理、存儲和分析的機電一體化儀器。目前國內產品較多，其中MedLab生物信號采集處理系統由南京美易科技發展有限公司研發生產，其內置一個由軟件程控的刺激器[1]。動物的電激怒和電驚厥實驗是藥理學常見的教學實驗，實驗時常要用一定作用頻率和持續時間的交流電刺激實驗動物，以觀察其電激怒和電驚厥反應及藥物的作用效果。為此，本文筆者通過自主研制交流電輸出接口器，研究應用MedLab生物信號采集處理系統系統設備的刺激輸出功能，以觸發控制交流電輸出接口器的交流輸出作用頻率及持續時間，使實驗動物產生電激怒、電驚厥反應。現就MedLab生物信號采集處理系統在動物電激怒和電驚厥實驗中的應用研究報道如下。

1 ?設備組成與原理

本實驗主要設備由MedLab生物信號采集處理系統設備、交流電輸出接口器和電激怒實驗盒等組成。MedLab生物信號采集處理系統有多種刺激模式，主要有單刺激、串刺激、主周期刺激三種[1]，可輸出方波電刺激信號，常用于刺激實驗對象的神經、肌肉和血管等組織以觀察其對實驗對象機能活動的影響。而在本實驗研究中，來自MedLab生物信號采集處理系統系統設備輸出的方波脈沖，連接與交流電輸出接口器的觸發輸入端，觸發交流電輸出接口器輸出一定作用頻率和持續時間的交流電。

交流電輸出接口器電路如圖1所示，其工作原理與性能[2]：（1）電源部分主要由變壓器T、整流二極管D2～D5組成的橋式濾波器和IC7812三端集成穩壓器等構成，從IC7812集成穩壓器的3腳可獲得DC12V電壓;（2）當電源開關K1置閉合時，來自MedLab生物信號采集處理系統系統設備刺激器輸出的方波脈沖（強度5～10V）經BG1、BG2組成的放大驅動電路，可驅動繼電器J通電，同時發光二極管LED發光，可作為交流輸出指示;（3）當繼電器J通電時，其常開觸點J1-1和J1-2閉合，分壓電路可獲得AC220V交流電;（4）調節分壓電路中的開關K2置于1、2或3檔位，可從交流輸出端獲得交流45伏、60伏或120伏電壓送至電激怒實驗盒或電驚厥刺激電極刺激實驗對象。交流電輸出接口器所輸出的交流電刺激作用頻率及持續時間由MedLab生物信號采集處理系統軟件設置，設置參數及方法見2.2部分所述。

2 ?實驗方法

2.1 儀器連接

用專用導線將MedLab生物信號采集處理系統設備（刺激輸出端）、交流電輸出接口器（觸發輸入端、交流輸出端）和電激怒刺激盒（接口）或電驚厥刺激電極等連接。

2.2 軟件設置與實驗操作

開啟MedLab生物信號采集處理系統設備電源，啟動MedLab生物信號采集處理系統軟件，設置MedLab生物信號采集處理系統刺激參數及實驗操作。

2.2.1 電激怒實驗的參數設置及實驗操作

（1）在MedLab生物信號采集處理系統軟件控制界面中，打開“刺激器”控制面板如圖2所示，選擇“主周期刺激”方式，進行以下參數設置：主周期（1S），波寬（50MS），幅度（5～10V），間隔（1MS），脈沖數（按表1選定），延時（1MS）和周期數（連續）。

（2）接通電源開關K1，選擇交流輸出電源（如AC60伏），即選擇K2置2檔，并將一對體重相近的雄性小鼠置于電激怒實驗盒中，此時小鼠四肢與電激怒實驗盒底部的網狀金屬電極接觸。

（3）啟動MedLab生物信號采集處理系統軟件的刺激輸出按鈕，即可從交流電輸出接口器的輸出端輸出一定作用頻率和持續時間的交流電，刺激電激怒實驗盒的小鼠;觀察從刺激開始至小鼠出現撕咬、打斗等激怒反應時，停止刺激并記錄從刺激開始到出現激怒反應所用時間作為實驗指標[3]。

刺激輸出的作用頻率f=1/主周期，刺激時間是指刺激主周期中交流電輸出的作用時間，作用時間T=[波寬*脈沖數+間隔*（脈沖數-1）]，如表1所示。

2.2.2 電驚厥實驗的參數設置及實驗操作

（1）在MedLab生物信號采集處理系統軟件的刺激參數控制面板選擇“單刺激”方式如圖2所示，進行以下參數設置：延時（1～10MS）波寬（0.2～0.4S），幅度（5～10V）。

（2）接通電源開關K1，選擇交流輸出電源（如AC120伏），即選擇K2置3檔;用一對電驚厥刺激電極夾住小鼠雙耳。

（3）啟動MedLab生物信號采集處理系統軟件的刺激輸出按鈕，即可從交流電輸出接口器的輸出端輸出一次、持續一定時間的交流電;觀察被刺激小鼠是否出現電驚厥反應，若無電驚厥反應，每隔5秒重復刺激一次，直至小鼠出現電驚厥反應為止;記錄從刺激開始到出現電驚厥反應所用的刺激次數作為實驗指標。

3 ?實驗效果

從實驗結果表2、表3表明，通過自主研制交流電輸出接口器，應用MedLab生物信號采集處理系統設備進行控制，可使小鼠產生電激怒、電驚厥反應;能滿足藥物對小鼠抗電激怒和抗驚厥實驗效果的觀察，且效果較好。

4 ?結語

本文研究應用MedLab生物信號采集處理系統設備控制方波輸出信號的功能來實現對自主研發的外部交流電輸出接口器的控制，從而創新電激怒和電驚厥實驗的方法，擴展了MedLab生物信號采集處理系統設備的實驗功能;經教學實驗應用，結果表明MedLab生物信號采集處理系統設備的設置參數及交流電輸出接口器的技術性能可滿足小鼠電激怒和電驚厥實驗教學的要求。

本交流電輸出接口器設計合理，所用元件易買、易換、操作簡便、易于維修和工作性能穩定;可適宜批量開發，節省購置同類或專用設備所需的資金，具有一定的推廣應用價值。

參考文獻

[1] 劉傳飛，汝海龍.生理學實驗教程[M].1版.北京：知識產權出版社，2007：16.

[2] 梁澤華，朱健平.CJQ-1型小鼠激怒電刺激器的研制[J].南京軍醫學院學報，2003，25（4）：375.

[3] 朱健平.生理科學實驗教程[M].1版.北京：科學出版社，2003：137-139.