生物电子学_2_生物信息.ppt

生物电子学
第二章生物信息
生物(医学)电子学
生物信息的分类
化学信息
血液
代谢物
呼吸气体
其它体液等
以往通过化验来检测
现在很多实现仪器自动分析
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生物(医学)电子学
物理信息
生物电
心电(electrocardiogram)
脑电(electroencephalogram)
肌电(electromyogram)
皮肤电等
生物磁
心磁
脑磁
肺磁等
生物光
生物声
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生物(医学)电子学
生理信息
听觉
视觉
触觉
味觉
嗅觉
痛觉
心理信息
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生物(医学)电子学
生物信息的存在性及研究目标
存在性
有生命,就必然有生物信息
研究目标
认识自然,揭示生命的奥秘
改造自然,为人类健康生存服务
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生物(医学)电子学
生物电现象
生物电的发现
Galvani(伽尔伐尼)于220年前进行了重要的实验,发现了生物电的存在。
实验描述:将一神经肌肉标本与金属接触,肌肉发生收缩,表明生物电的存在。
解释:肌肉通过金属构成的回路而放电。肌肉收缩是放电电流刺激的结果。
疑问:Volta认为是不同金属导体产生的电流,不是生物电。
再进行实验
排除金属的影响,把神经肌肉标本搭在损伤的肌肉上,也可以引起标本肌肉的收缩,证明了生物电的存在。
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生物(医学)电子学
附:关于傅里叶变换的争论
傅里叶(Fourier):法国工程师、数学家
傅里叶变换
最早可以追溯到古代巴比伦(Babylonians)时代
近代,欧拉用语研究弦的振动
结论:如果在某一时刻振动弦的形状是这些标准振荡的线性组合,则其后任何时刻,振动弦的形状也都是这些振荡的线性组合。(实际上是傅里叶级数的概念)。
争议:
Bernoulli赞成/Lagrange反对
1807年,傅里叶完成关于傅里叶级数的论文,四位审稿人意见不一致。赞成的:Lacroix, Morge, Laplace;反对的:Lagrange
后来,15年后,才在书中发表(Theory analytique de la chaleur)
意义、应用:在众多领域产生巨大影响。
新发展:FFT
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生物(医学)电子学
进一步的研究
发现生物电的传播速度
以往认为神经动作电位的传导速度等于光速;
Helmholts经过实验证明,传导的平均速度为20-30m/s
发现器官组织的电位变化
皮肤,腺体,胃,肠等均有电位变化
视网膜、心脏、大脑皮层均有电位变化
目前使用的心电图、脑电图等均与上述发现相关。
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组织和细胞的电学特性
组织和细胞的导电性(电阻性)
是导体:在有机体中,含有大量的水分,含有蛋白质胶体离子。这样,可以把组织和细胞看作一个复杂的电解质导体。
有电阻:组织和细胞的导电特性与生理、病理状态密切相关(有状态信息)。例如细胞死亡后,电阻率下降到10^(-3)欧姆cm
组织和细胞的电容性
动物组织(心脏、脑、肌肉)都由一群细胞和胞内液以及细胞液组成。
胞内液/胞间液之间有一层细胞膜(半透性、厚度85-170A)。膜上有3A的小孔,用于离子交换。由于对正负例子的通透性不同,造成内外例子浓度差异。胞内液/胞间液形成了一个电容器。称为膜电容。其介质为细胞膜。
电容性使组织和细胞的导电性随频率变化。
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膜电位
静息电位
是细胞内K离子的平衡电位与膜外电场力这一对矛盾对立统一的结果。(Rest Potential)
动作电位
是在静息电位的基础上发生一次短暂的电位波动。(Action Potential)
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