Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć Matryca

Nazwa modułu:
Rok akademicki:
Wydział:
Kierunek:
Neuroelektronika
2016/2017
Kod: EIB-2-302-BN-s
Punkty ECTS:
3
Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej
Inżynieria Biomedyczna
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Język wykładowy: Polski
Specjalność:
Bionanotechnologie
Forma i tryb studiów:
Profil kształcenia:
Stacjonarne
Ogólnoakademicki (A)
Semestr: 3
Strona www:
Osoba odpowiedzialna:
dr inż. Hottowy Paweł ([email protected])
Osoby prowadzące: dr inż. Hottowy Paweł ([email protected])
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)
M_W001
Student ma wiedzę dotyczącą biofizycznych
podstaw oddziaływań między komórkami
nerwowymi i elektrodami
IB2A_W01,
IB2A_W02
Kolokwium
M_W002
Student ma wiedzę z zakresu zastosowania
implantów elektronicznych w terapii chorób
neurodegeneracyjnych
IB2A_W05,
IB2A_W11
Kolokwium, Referat,
Udział w dyskusji
M_W003
Student zna aktualne kierunki badań i rozwoju
interfejsów neuroelektronicznych oraz ich aplikacji w
badaniach neurobiologicznych i biomedycznych
IB2A_W08,
IB2A_W11
Kolokwium, Referat,
Udział w dyskusji
Student potrafi dokonać analizy oraz prezentacji
wyników prac dotyczących rozwoju lub aplikacji
interfejsów neuroelektronicznych na podstawie
artykułu w czasopiśmie naukowym
IB2A_U01,
IB2A_U08
Referat
Wiedza
Umiejętności
M_U001
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
1/5
Karta modułu - Neuroelektronika
Konwersatori
um
Zajęcia
seminaryjne
Zajęcia
praktyczne
Zajęcia
terenowe
Zajęcia
warsztatowe
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
+
-
+
-
-
-
-
-
-
-
-
Student potrafi dokonać
analizy oraz prezentacji
wyników prac dotyczących
rozwoju lub aplikacji
interfejsów
neuroelektronicznych na
podstawie artykułu w
czasopiśmie naukowym
-
-
+
-
-
-
-
-
-
-
-
E-learning
Ćwiczenia
projektowe
M_W001
Inne
Ćwiczenia
laboratoryjne
Forma zajęć
Ćwiczenia
audytoryjne
Student, który zaliczył moduł
zajęć wie/umie/potrafi
Wykład
Kod EKM
Wiedza
Umiejętności
M_U001
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
2/5
Karta modułu - Neuroelektronika
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-ofthe-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.
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-ofthe-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.
Ćwiczenia laboratoryjne
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
3/5
Karta modułu - Neuroelektronika
samodzielnie informacje uzupełniające
- student potrafi samodzielnie przygotować i wygłosić prezentację na zadany temat,
prowadzić dyskusję i bronić własnych tez
seminarium
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
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 Inżynieria Biomedyczna.
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
4/5
Karta modułu - Neuroelektronika
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta
Obciążenie
studenta
Udział w wykładach
15 godz
Przygotowanie do zajęć
30 godz
Udział w zajęciach seminaryjnych
15 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć
20 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe
2 godz
Sumaryczne obciążenie pracą studenta
82 godz
Punkty ECTS za moduł
3 ECTS
5/5