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第一部分 神经工程学基础 3

第1章 绪论 3

1.1 概述 3

1.2 神经工程发展历史 6

1.2.1 神经工程技术的起源 6

1.2.2 神经成像方法与神经工程发展 8

1.2.3 神经科学发展与神经工程发展 12

1.3 脑科学与人工智能的兴起带来新机遇 14

1.4 神经工程学研究的重要意义和产业前景 17

思考题 19

参考文献 19

第2章 神经生理与病理学基础 21

2.1 神经系统的组成与结构 21

2.1.1 脑与脊髓的解剖结构与生理功能 21

2.1.2 周围神经系统的解剖生理 24

2.1.3 神经系统的传导通路 26

2.2 神经系统的细胞生物学 30

2.2.1 神经元与胶质细胞 30

2.2.2 神经元之间的信息传递 38

2.2.3 神经递质和受体系统 44

2.3 神经系统的生理功能 45

2.3.1 感觉分析功能 45

2.3.2 运动控制功能 52

2.3.3 脑的高级功能 54

2.4 神经系统常见疾病的病理学基础 59

2.4.1 脑梗死 59

2.4.2 阿尔茨海默病 61

2.4.3 脊髓损伤 63

2.4.4 肌萎缩脊髓侧索硬化症 65

2.5 本章小结 67

思考题 67

参考文献 68

第3章 神经心理学 69

3.1 神经心理学的基本概念 69

3.1.1 定义 69

3.1.2 研究内容 69

3.1.3 发展历史 69

3.1.4 分支 70

3.2 神经心理学的研究方法 71

3.2.1 概述 71

3.2.2 实验神经心理学方法 72

3.2.3 临床神经心理学方法 72

3.2.4 行为神经病学方法 73

3.3 大脑结构与心理功能 73

3.3.1 额叶的心理功能 73

3.3.2 顶叶的心理功能 73

3.3.3 颞叶的心理功能 74

3.3.4 枕叶的心理功能 75

3.3.5 边缘系统的心理功能 75

3.3.6 大脑功能的偏侧化 75

3.4 心理过程与脑机制 76

3.4.1 感觉和知觉 76

3.4.2 注意 83

3.4.3 记忆 88

3.4.4 情绪 94

3.4.5 睡眠 102

3.4.6 语言 109

3.5 本章小结 115

思考题 116

参考文献 116

第4章 神经工效学基础 118

4.1 神经工效学概述 118

4.1.1 神经工效学定义 118

4.1.2 从工效学到神经工效学 119

4.1.3 神经工效学的现实意义 120

4.2 神经工效学研究的重要问题 120

4.2.1 脑力负荷 121

4.2.2 人误 123

4.2.3 脑力疲劳 125

4.2.4 情绪 128

4.2.5 睡眠缺失 129

4.2.6 警觉度 131

4.3 神经工效学技术的应用 133

4.3.1 神经增强 133

4.3.2 自适应自动化 139

4.3.3 增强认知 142

4.4 神经工效学促进军事、航天技术发展的重要意义 145

4.5 本章小结 147

思考题 147

参考文献 148

第二部分 神经传感与成像 153

第5章 神经模型与计算 153

5.1 神经元放电模型 153

5.1.1 概述 153

5.1.2 细胞膜的电学效应 154

5.1.3 LIF模型及其改进 156

5.1.4 H-H模型及其改进 157

5.2 神经元学习与突触模型 161

5.2.1 概述 161

5.2.2 学习 162

5.2.3 Hebbian理论与突触模型 163

5.2.4 突触重塑的调节机制 165

5.3 神经编码 167

5.3.1 概述 167

5.3.2 神经元的信息表达 167

5.3.3 神经元信息编码模式 168

5.4 神经网络计算模型 171

5.4.1 概述 171

5.4.2 动力学模型 171

5.4.3 拓扑学模型 182

5.5 皮层计算的神经约束 186

5.5.1 概述 186

5.5.2 大脑活动的边界约束 186

5.5.3 局部配线的生物学约束 187

5.5.4 神经通信网络的布局 187

5.5.5 神经活动的能量限制 189

5.6 认知电位神经学模型 190

5.6.1 概述 190

5.6.2 认知电位ERP 190

5.6.3 诱发模型与振荡模型 193

5.6.4 混合模型 197

5.7 本章小结 198

思考题 198

参考文献 199

第6章 神经电生理信号检测 201

6.1 微电极神经系统电信号检测 201

6.1.1 单离子通道电信号检测 201

6.1.2 微电极阵列电信号检测 208

6.2 大脑神经电信号检测技术 212

6.2.1 脑电图 212

6.2.2 皮层脑电图 217

6.2.3 脑磁图 219

6.3 外周神经系统电信号检测 223

6.3.1 肌电信号检测 223

6.3.2 心电信号检测 225

6.3.3 眼电信号检测 227

6.3.4 皮电信号检测 228

6.3.5 胃电信号检测 229

6.4 神经系统电信号多模式联合检测 230

6.5 本章小结 232

思考题 232

参考文献 232

第7章 神经电信号分析基础 234

7.1 神经电信号 234

7.1.1 自发脑电 234

7.1.2 诱发电位 235

7.1.3 诱发节律 236

7.1.4 动作电位 236

7.1.5 局部场电位 236

7.2 神经电信号处理算法基础 237

7.2.1 叠加平均与自适应滤波 237

7.2.2 傅里叶分析 239

7.2.3 时频分析 241

7.2.4 相干分析 243

7.2.5 非线性动力学参数 245

7.2.6 因果性分析 249

7.2.7 溯源分析 251

7.2.8 主成分分析 254

7.2.9 独立分量分析 256

7.2.10 模式识别 257

7.3 事件相关脑电信号分析 262

7.3.1 事件相关电位分析 262

7.3.2 诱发节律分析 265

7.3.3 稳态诱发电位分析 269

7.4 峰电位处理 275

7.4.1 峰电位检测 275

7.4.2 峰电位识别 276

7.5 局部场电位分析 277

7.5.1 一维局部场电位分析 277

7.5.2 局部场电位特定节律同步性及方向耦合分析 279

7.5.3 局部场电位交叉节律耦合分析 281

7.6 本章小结 284

思考题 284

参考文献 285

第8章 神经成像与图像处理 287

8.1 计算机断层扫描成像 287

8.1.1 CT成像的基本原理 288

8.1.2 CT成像在神经系统疾病诊断的应用 291

8.2 功能磁共振成像 293

8.2.1 BOLD-fMRI成像原理 293

8.2.2 fMRI实验设计基础与原则 294

8.2.3 fMRI数据处理与分析 296

8.2.4 fMRI的典型应用 301

8.3 扩散磁共振成像 302

8.3.1 dMRI的基本原理 303

8.3.2 dMRI的数据采集 305

8.3.3 dMRI的高斯重建模型 308

8.3.4 dMRI的其他重建模型 311

8.4 光学神经成像 315

8.4.1 神经元活动的光学成像 316

8.4.2 神经元网络的光学成像 318

8.4.3 特定脑皮层功能构筑的光学成像 319

8.4.4 系统与行为层面的脑功能光学成像 320

8.5 本章小结 322

思考题 323

参考文献 324