Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Neuroelektronika
Course of study:
2018/2019
Code:
JFM-2-206-DE-s
Faculty of:
Physics and Applied Computer Science
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Dozymetria i elektronika w medycynie
Field of study:
Medical Physics
Semester:
2
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr inż. Hottowy Paweł (hottowy@agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr inż. Hottowy Paweł (hottowy@agh.edu.pl)
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Skills
M_U001 Student potrafi dokonać analizy oraz prezentacji wyników prac dotyczących rozwoju lub aplikacji interfejsów neuroelektronicznych na podstawie artykułu w czasopiśmie naukowym FM2A_U08, FM2A_U01 Scientific paper
Knowledge
M_W001 Student ma wiedzę dotyczącą biofizycznych podstaw oddziaływań między komórkami nerwowymi i elektrodami FM2A_W01 Test
M_W002 Student ma wiedzę z zakresu zastosowania implantów elektronicznych w terapii chorób neurodegeneracyjnych FM2A_W02, FM2A_W05 Test,
Scientific paper,
Participation in a discussion
M_W003 Student zna aktualne kierunki badań i rozwoju interfejsów neuroelektronicznych oraz ich aplikacji w badaniach neurobiologicznych i biomedycznych FM2A_W05, FM2A_W01 Test,
Scientific paper,
Participation in a discussion
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Skills
M_U001 Student potrafi dokonać analizy oraz prezentacji wyników prac dotyczących rozwoju lub aplikacji interfejsów neuroelektronicznych na podstawie artykułu w czasopiśmie naukowym - - - - - + - - - - -
Knowledge
M_W001 Student ma wiedzę dotyczącą biofizycznych podstaw oddziaływań między komórkami nerwowymi i elektrodami + - - - - - - - - - -
M_W002 Student ma wiedzę z zakresu zastosowania implantów elektronicznych w terapii chorób neurodegeneracyjnych + - - - - + - - - - -
M_W003 Student zna aktualne kierunki badań i rozwoju interfejsów neuroelektronicznych oraz ich aplikacji w badaniach neurobiologicznych i biomedycznych + - - - - + - - - - -
Module content
Lectures:

1. Podstawowe metody obrazowania aktywności mózgu. Zalety i wady rejestracji aktywności neuronalnej z użyciem mikroelektrod zewnątrzkomórkowych. Techniki pomiarowe oparte na matrycach wieloelektrodowych (dissociated culture, organotypic culture, acute slice, in-vivo).
2. Podstawy biofizyczne rejestracji aktywności komórek nerwowych z użyciem mikroelektrod zewnątrzkomórkowych. Charakterystyka sygnału z pojedynczego neuronu (single-unit activity) oraz grup neuronów (multi-unit activity). Metody klasyfikacji sygnałów zewnątrzkomórkowych. Podstawy biofizyczne i interpretacja lokalnych potencjałów polowych.
3. Stymulacja elektryczna komórek nerwowych z użyciem elektrod zewnątrzkomórkowych. Podstawy biofizyczne, prąd progowy, prąd reobazy, chronaksja. Odpowiedź ciała komórki oraz aksonu. Bezpośrednia i pośrednia aktywacja komórek nerwowych, zasięg stymulacji.
4. Elektryczne własności mikroelektrod. Elektryczny model zastępczy, modele impedancji warstwy podwójnej. Rezystancja elektrochemiczna, reakcje odwracalne i nieodwracalne. Reakcje elektrochemiczne a bezpieczeństwo stymulacji elektrycznej. Metody redukcji impedancji elektrod.
5. Rejestracja sygnałów z dużych populacji komórek nerwowych. Architektury systemów odczytowych dużej skali. Architektury elektroniki front-end, analiza szumowa układu elektroda-wzmacniacz. Przykłady współczesnych systemów state-of-the-art. Przykłady aplikacji w badaniach neurobiologicznych.
6. Równoczesna elektryczna stymulacja i rejestracja dużych populacji komórek nerwowych. Mechanizm powstawania artefaktu stymulacyjnego. Układy redukcji artefaktu we współczesnych systemach wieloelektrodowych. Przykłady wykorzystania stymulacji elektrycznej w badaniach neurobiologicznych i biomedycznych.
7. Neuroprotezy. Elektroniczne implanty dla osób niesłyszących i niewidzących – badania podstawowe i aplikacje. Głęboka stymulacja mózgu w chorobie Parkinsona i depresji.

Seminar classes:

Studenci przygotowują i wygłaszają prezentacje na zadane tematy związane z aplikacjami interfejsów neuroelektronicznych do badań z dziedziny neurobiologii oraz inżynierii biomedycznej. Tematyka seminariów stanowi rozszerzenie materiału omawianego na wykładach. Podstawą każdej prezentacji jest wybrany artykuł opublikowany w czasopiśmie naukowym (nie popularnonaukowym) w ciągu ostatnich kilku lat.
Efekty kształcenia:
- student potrafi krytycznie przeanalizować oryginalną pracę naukową i odszukać samodzielnie informacje uzupełniające
- student potrafi samodzielnie przygotować i wygłosić prezentację na zadany temat, prowadzić dyskusję i bronić własnych tez

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 75 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Participation in lectures 15 h
Preparation for classes 15 h
Participation in seminar classes 18 h
Realization of independently performed tasks 25 h
Examination or Final test 2 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Do oceny końcowej wchodzą oceny z przygotowania i wygłoszenia prezentacji (S) oraz kolokwium zaliczeniowego (K). Liczba punktów uzyskana ze sprawdzianu testowego przeliczana jest na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH. Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia ważona: OK = 0.5 x S + 0.5 x K

Prerequisites and additional requirements:

Podstawowa wiedza na temat budowy komórki nerwowej, mechanizmu przetwarzania przez nią informacji oraz powstawania potencjału czynnościowego. Wiedza i umiejętności w zakresie fizyki, matematyki i elektroniki na poziomie studiów pierwszego stopnia na kierunku Fizyka Medyczna.

Recommended literature and teaching resources:

1. Matthews GG: Neurobiologia – od cząsteczek i komórek do układów. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2000.
2. Hottowy P: Opracowanie modelu matryc mikroelektrodowych oraz układu scalonego do elektrycznej stymulacji żywych sieci neuronowych. Rozprawa doktorska, Akademia Górniczo-Hutnicza, 2006.
3. Gosselin B: Recent advances in neural recording microsystems. Sensors vol. 11, pp. 4572-4597, 2011. (open access: http://www.mdpi.com/1424-8220/11/5/4572/pdf)

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Additional scientific publications not specified

Additional information:

None