基于在体植入电极的生物嗅觉传感系统设计及其气味识别*

周 俊，董 琪，庄柳静，吴春生，刘清君，王 平

(浙江大学生物医学工程与仪器科学学院，生物传感器国家专业实验室，生物医学工程教育部重点实验室，杭州310027)

生物传感技术被广泛应用于感觉、运动系统生理机制研究等领域，具有实时、快速、灵敏、简便等优点。动物的嗅觉十分灵敏，利用动物嗅觉构建的传感系统在辨识气味方面具有独特的优势。嗅球是哺乳动物气味信息编码的重要器官，它接收来自嗅上皮嗅觉感受细胞的电兴奋，而后者将气味刺激这一化学信号转换成电信号用于编码[1]。研究者发现气味刺激前后嗅球僧帽细胞层神经电活动十分强烈，除了神经元个体的脉冲式放电行为之外，大量神经元动作电位叠加表现出较大的电位波动，称之为场电位。目前的研究表明，气味刺激后嗅球内的局部场电位振荡会明显增加，其幅值和波形的变化受到气味种类的调控[2－3]。

多窗谱估计算法是基于FFT的一种谱估计算法，与传统的周期图法只用一个数据窗[4]不同，该方法采用了多个数据窗进行平滑，因此在谱估计结果上具有良好的方差性能[5]。同时由于数据窗相互正交，可有效阻止频谱泄露，保证该方法的谱估计分辨率。在多窗谱估计中加入合适的移动窗可以得到频率随时间分布的功率谱时频图，克服了频谱分析中无法描述信号局部特征[6]的不足，从而突出在特定事件前后不同频率段的信号能量变化情况[7]。利用这一特征，功率谱时频图可以对不同气味刺激后的嗅觉信号特征进行表征。……