Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Neuroelektronika
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
JFM-2-206-DE-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Dozymetria i elektronika w medycynie
Kierunek:
Fizyka Medyczna
Semestr:
2
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
dr inż. Hottowy Paweł (hottowy@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
dr inż. Hottowy Paweł (hottowy@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Student ma wiedzę dotyczącą biofizycznych podstaw oddziaływań między komórkami nerwowymi i elektrodami FM2A_W01 Kolokwium
M_W002 Student ma wiedzę z zakresu zastosowania implantów elektronicznych w terapii chorób neurodegeneracyjnych FM2A_W02, FM2A_W05 Kolokwium,
Referat,
Udział w dyskusji
M_W003 Student zna aktualne kierunki badań i rozwoju interfejsów neuroelektronicznych oraz ich aplikacji w badaniach neurobiologicznych i biomedycznych FM2A_W05, FM2A_W01 Kolokwium,
Referat,
Udział w dyskusji
Umiejętności
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 Referat
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
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 + - - - - + - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi dokonać analizy oraz prezentacji wyników prac dotyczących rozwoju lub aplikacji interfejsów neuroelektronicznych na podstawie artykułu w czasopiśmie naukowym - - - - - + - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:

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.

Zajęcia seminaryjne:

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

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 75 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w wykładach 15 godz
Przygotowanie do zajęć 15 godz
Udział w zajęciach seminaryjnych 18 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 25 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

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

Wymagania wstępne i dodatkowe:

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.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

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)

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Nie podano dodatkowych publikacji

Informacje dodatkowe:

Brak