生物机器人是人类通过控制技术施加干预信号调控生物行为从而实现人类操控的生物。水生生物机器人可用于海洋科学考察、生态系统研究、海啸预警、海洋环境监测、反恐侦查和国防军事等方面,因此进行水生生物机器人的研究具有重要的研究意义和应用价值。由于鲤鱼具有生命力强、环境适应性好、来源充足和成本较低等优点,本文以鲤鱼为研究对象,对鲤鱼机器人控脑关键技术中针对脑运动神经核团的电刺激技术和脑保护技术进行研究,为通过控脑技术实现鲤鱼机器人的长期有效控制奠定理论和实验基础。本文主要研究工作如下:(1)基于控脑技术进行电刺激中脑内侧纵束核(Medial Longitudinal Fasciculus Nucleus,Nflm)控制鲤鱼机器人运动行为的研究。借助脑立体定位仪建立鲤鱼颅脑三维立体坐标系。通过石蜡组织切片技术和尼氏染色法观察Nflm在中脑的位置和形态结构。向Nflm区域植入脑电极,通过施加不同参数的电刺激信号对鲤鱼机器人进行水下控制实验,利用Image J软件分析不同刺激参数下鲤鱼机器人的前进速度和转向角,实现鲤鱼机器人前进和转向行为的定量控制。设计连续电刺激实验和电极植入后长期有效性测试,发现Nflm对鲤鱼机器人的控制效果随着刺激次数的增加和电极植Medicaid expansion入时间的延长虽然均会有所下降但仍具有定量控制能力。(2)针对中脑Nflm对鲤鱼运动行为的控制机制,通过电生理学方法进行研究。对鲤鱼视觉器官施加光刺激诱发摆尾运动,并同步采集中脑两侧Nflm区域的局部场电位(Local Field Potential,LFP)信号,利用基于Morlet小波的连续小波变换(Continuous Wavelet Transform,CWT)对LFP信号进行时-频分析,通过小波包分解重构计算LFP各频段的相对功率,并分析光刺激不同阶段LFP的样本熵。从电生理学角度并结合光刺激后的行为学观察发现,中脑Nflm对鲤鱼运动行为的控制机制与视觉信号处理有关,并表明单侧视觉刺激由对侧脑区的Nflm进行响应。(3)针对连续电刺激中脑Nflm导致神经元产生疲劳性和适应性的问题,对延脑运动神经核团及其在运动行为控制中的作用进行研究selleckchem。根据延脑组织的结构特点绘制延脑脑图谱。对延脑分别进行离水电刺激和化学刺激实验发现延脑外展神经核(Abducens Nucleus,NVI)和面神经核(Facial Nucleus,NVII)是分别控制鲤鱼产生单侧和双侧摆尾的脑运动神经核团。向延脑运动神经核团植入脑电极,采用不同电刺激参数进行水下控制实验,并利用Image J软件对其诱发的运动行为进行行为学测试,实现鲤鱼机器人转向和前进行为的定量控制,有助于鲤鱼机器人实现同一运动行为的多位点交替控制。(4)针对电刺激Nflm进行鲤鱼机器人控制时造成的植入式脑损伤问题,提出一种低强度脉冲超声刺激(Low-Intensity Pulsed Ultrasound Stimulation,LIPUS)联合黄芩苷干预的脑保护技术。通过离水电刺激实验制作鲤鱼机器人植入式脑损伤模型,对该模型分别进行LIPUS、黄芩苷干预、LIPUS联合黄芩苷干预,利用磁共振弥散加权成像和弥散峰度成像分别检测脑损伤区域的表观扩散系数和平均峰度;利用酶联免疫吸附实验(Enzyme-Linked Immunosorbent AsNavitoclax临床试验say,ELISA)测量中脑组织中白细胞介素-1β、肿瘤坏死因子-α、脑源性神经营养因子和胶质细胞源性神经营养因子的蛋白含量。结果表明,LIPUS联合黄芩苷干预对植入式脑损伤的保护效果优于LIPUS的干预和黄芩苷的干预,其神经保护机制可能是降低了脑损伤区域炎症因子的蛋白含量,并提高了神经营养因子的蛋白含量。