大连理工大学：《生物（医学）电子学 Bioelectronics》课程教学资源（PPT课件讲稿）第二章 生物信息

生物电子学 第二章生物信息 生物(医学)电子学

生物(医学)电子学 生物电子学 第二章 生物信息

2.1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 生物(医学)电子学

生物(医学)电子学 2 2.1 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

物理信息 ■生物电 心电( electrocardiogram 脑电( electroencephalogram) 肌电( electromyogram) 皮肤电等 ■生物磁 磁 脑磁 肺磁等 生物光 ■生物声 生物(医学)电子学

生物(医学)电子学 3 ◼ 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

■生理信息 听 ■视觉 ■触觉 ■味觉 ■嗅觉 ■痛觉 ■心理信息 生物(医学)电子学

生物 (医学 )电子学 4 ◼ 生理信息 ◼ 听觉 ◼ 视觉 ◼ 触觉 ◼ 味觉 ◼ 嗅觉 ◼ 痛觉 ◼ 心理信息

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 生物(医学)电子学

生物(医学)电子学 5 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

2.2生物电现家 ■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:∨olta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 生物(医学)电子学

生物(医学)电子学 6 2.2 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

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: Bernau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 生物(医学)电子学

生物(医学)电子学 7 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

■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。 生物(医学)电子学

生物(医学)电子学 8 ◼ 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

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 生物(医学)电子学

生物(医学)电子学 9 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

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 对矛盾对立统一的结果。( Rest potentia|) 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 potentia|) 生物(医学)电子学 10

生物(医学)电子学 10 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）