[发明专利]基于FPGA的基底核网络beta节律仿真系统

权利要求书

1.一种基于FPGA的基底核网络beta节律仿真系统，其特征是：该仿真系统包括FPGA开发板(1)、波形发生器(2)、上位机(3)、AD转换器(4)，所述的FPGA开发板(1)包括有相互连接的FPGA芯片Ⅰ(5)、FPGA芯片Ⅱ(6)和USB接口模块(7)，该系统还包括采用DSP Builder编程实现并下载编译到FPGA芯片Ⅰ(5)、FPGA芯片Ⅱ(6)中的基底核网络的HH模型(8)、STN神经元的HH模型(11)、GPe神经元的HH模型(12)、突触电流模型耦合模块(9)、控制模块(10)、纹状体信号等效电流计算模块(13)、皮层信号等效电流计算模块(14)；基底核网络的HH模型(8)、STN神经元的HH模型(11)、GPe神经元的HH模型(12)在FPGA芯片Ⅱ(6)中编译产生动作电位信号，动作电位信号通过FPGA芯片Ⅰ(5)中的突触电流模型耦合模块(9)的耦合作用产生神经元放电节律信号。控制模块(10)，纹状体信号等效电流计算模块(13)、皮层信号等效电流计算模块(14)对神经元放电节律信号进行调制，产生基底核网络beta节律信号，通过Qt在上位机(3)编程搭建上位机操作界面(15)，并通过USB接口模块(7)与FPGA芯片Ⅰ(5)和FPGA芯片Ⅱ(6)进行通讯，USB接口模块(7)采集的基底核网络beta节律信号通过上位机(3)进行处理与储存。上位机操作界面(15)还可以通过修改神经元参数和耦合参数，对FPGA开发板(1)并包含的模块进行控制，改变实验平台的放电节律。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的基底核网络beta节律仿真系统，其特征是：所述STN神经元的HH模型(11)，GPe神经元的HH模型(12)通过Verilog HDL语言编写实现，并下载到FPGA芯片Ⅱ(6)中，上位机操作界面(15)输入信号通过USB接口模块(7)传输到FPGA芯片Ⅰ(5)、FPGA芯片Ⅱ(6)中，控制模块(10)能够实现对FPGA芯片Ⅰ(5)、FPGA芯片Ⅱ(6)的数据传输和USB接口模块(7)的数据传输进行控制，由FPGA芯片Ⅱ(6)所实现的STN神经元的HH模型(11)，GPe神经元的HH模型(12)计算产生的神经信号通过数据传说总线(16)传输到上位机(3)中进行波形的显示和数据分析。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA的基底核网络beta节律仿真系统，其特征是：所述USB接口模块(7)包括USB接口芯片(17)和USB接口(18)，所述USB接口芯片(17)采用飞利浦公司的ISP1761E1芯片，来进行FPGA与芯片Ⅰ(5)、FPGA芯片Ⅱ(6)与上位机(3)之间的通讯。

4.根据权利要求1所描述的基于FPGA的基底核网络beta节律仿真系统，其特征是：所述波形发生器(2)采用Agilent33220A型号器件，能够产生正弦波、方波、三角波、噪声的信号，作为仿真中所需的外加信号。

5.根据权利要求1所述的基于FPGA的基底核网络beta节律仿真系统，其特征是：所述的AD转换器(4)采用AD9248集成式双核14位模数转换器，将模拟信号转换成数字信号，作为纹状体信号等效电流计算模块(13)、皮层信号等效电流计算模块(14)的信号输入进行计算。

6.根据权利要求1所述的基于FPGA的基底核网络beta节律仿真系统，其特征是：所述上位机(3)通过USB接口(18)与FPGA开发板(1)进行数据通讯，所述上位机操作界面(15)接收数据总线(16)传输来的基底核网络中STN膜电位信号(19)和GPe膜电位信号(20)，并通过上位机(3)显示其放电节律的动态特性，在上位机操作界面(15)能够输入突触的耦合参数和神经元模型的输入参数以实现对系统的具体控制，并通过USB接口模块(7)传输到FPGA开发板(1)中，进行系统的参数设置和模块选择。

7.根据权利要求1所述的基于FPGA的基底核网络beta节律仿真系统，其特征是：所述的控制模块(10)在FPGA芯片Ⅰ(5)中实现，用来控制所有的外加信号，接收上位机操作界面(15)输入的外部输入信号(21)和外部输入选择信号(26)，输入到纹状体信号等效电流计算模块(13)、皮层信号等效电流计算模块(14)的使能端口，进行外部输入信号的选择与调制。

8.根据权利要求1所述的基于FPGA的基底核网络beta节律仿真系统，其特征是：所述突触电流模型耦合模块(9)包括STN突触模型模块(22)和GPe突触模型模块(23)是基于DSP Builder开发环境并在FPGAⅡ(6)中实现，两种模型模块接收STN神经元的HH模型(11)、GPe神经元的HH模型(12)的STN膜电位信号(19)和GPe膜电位信号(20)，通过突触电流的耦合作用产生STN突触电流信号(24)和GPe突触电流信号(25)返回给STN神经元的HH模型(11)、GPe神经元的HH模型(12)中，从而外出基底核网络模型的耦合连接。