[发明专利]帕金森病基底核-丘脑网络的深度脑刺激FPGA实验平台

摘要

本发明提供一种帕金森病基底核-丘脑网络的深度脑刺激FPGA实验平台，该实验平台包括有相互连接的FPGA开发板和上位机，其中FPGA开发板用来实现基底核-丘脑神经元网络模型和深度脑刺激控制器，上位机用来设计上位机软件界面并与FPGA开发板进行通讯。本发明的有益效果是作为生物神经网络的无动物实验、基于高速运算的FPGA神经元网络实验平台实现了对复杂的帕金森病灶区神经元网络的建模，并且能够达到在时间尺度上与真实生物神经元的一致性。该平台为研究帕金森疾病的放电机制，和深度脑刺激控制基底核-丘脑神经元网络的异常放电模式提供了更加接近真实神经网络的可视化研究平台，对帕金森疾病治疗的研究有重要的实用价值。

主权项

一种帕金森病基底核‑丘脑网络的深度脑刺激FPGA实验平台，其特征是：该实验平台包括有相互连接的FPGA开发板（1）和上位机（2），其中FPGA开发板（1）用来实现基底核‑丘脑神经元网络模型（3）和深度脑刺激控制器（4），上位机（2）用来设计上位机软件界面（5）并与FPGA开发板（1）进行通讯；所述基底核‑丘脑神经元网络模型（3）在FPGA开发板（1）中实现，基底核‑丘脑神经元网络模型（3）接收深度脑刺激控制器（4）和上位机软件界面（5）传递的信号进行运算，运算产生的膜电位信号（21）传回上位机软件界面（5）进行处理；FPGA基底核‑丘脑神经元网络模型（3）包括有GPe（6）、STN（7）、GPi（8）和TC（9）四种神经元核团模型，而GPe（6）、STN（7）、GPi（8）和TC（9）四种神经元核团模型通过多巴胺参数总线（17）连接来模拟真实神经元之间的相互耦合；所述GPe（6）、STN（7）、GPi（8）和TC（9）神经元网络模型均包括有以下相互连接的模块：初值模块（10）、神经元流水线数据模型（11）、存储膜电压和多巴胺参数的寄存器模块（12）和突触电流产生模块（13）；所述深度脑刺激控制器（4）由FPGA开发板（1）实现，深度脑刺激控制器（4）接收由上位机软件界面（5）通过数据输入总线（15）传递的数据，来配置深度脑刺激控制器（4）的刺激信号波形、频率、幅值、脉宽参数；深度脑刺激控制器（4）运行产生深度脑刺激控制信号（23），作为外部电流刺激施加到基底核‑丘脑网络模型（3），通过一个数据选择器（24）使深度脑刺激控制信号（23）在GPe（6）、STN（7）和GPi（8）核团之间进行切换；所述上位机软件界面（5）通过VISA与FPGA开发板（1）的USB接口（14）相连实现数据通信，上位机软件界面（5）通过“VISA读取”接收 从FPGA开发板（1）USB接口（14）传输的由基底核‑丘脑神经元网络模型（3）运算得到的数据；上位机软件界面（5）设置参数通过“VISA写入”输入数据到FPGA开发板（1）中，对基底核‑丘脑网络模型（3）和深度脑刺激控制器（4）进行参数配置。