Biorozhraní

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra biomedicínské informatiky

Anotace:

Požadavky:

Forma ověření studijních výsledků:

•cvičení: odevzdané výsledky cvičení, protokoly;

•zkouška: písemná část s multiple choice test (30 otázek) z přednesených témat a témat probraných na cvičeních, součet bodů musí být víc nejméně 60 %, následná ústní zkouška s diskusí témat probíraných na cvičeních.

Požadavky na studenta: 100 % účast na cvičeních, neúčast bude řešena seminární prací, kontroly znalostí před i během cvičení.

Osnova přednášek:

Témata přednášek:

1.Úvod do předmětu biorozhraní: Co je biorozhraní? Rozhraní neuron – elektroda a další typy biorozhraní.

2.Povrchové modifikace materiálů pro biorozhraní: Fyzikální a chemické metody pro modifikaci povrchů biomateriálů.

3.Charakterizace materiálů pro biorozhraní: konfokální mikroskopie, AFM, SEM, QCM, Spektroskopické metody (FTIR, Ramanova spektroskopie), elipsometrie, ATR.

4.Buněčné kultury pro studium funkčních biorozhraní: odezva buněčného materiálu při kontaktu s látkou. Metody pro studium buněčné odezvy na materiál. Zkoušky (assays) buněčné proliferace, metabolické aktivity, imunologie

5.Rozhraní mezi neuronem a elektrodou (1): Metody pro záznam a stimulaci el. excitovatelných buněk Analogický elektrický obvod rozhraní mezi neuronem a elektrodou. Popis vztahů a simulace.

6.Rozhraní mezi neuronem a elektrodou (2): Metody pro vytvoření kontaktu mezi neuronem a elektrickým zařízením, strategie pro zvýšení adheze neuronů a zlepšení přenesou signálů. 3D elektrody pro aktivní pohlcení elektrody neurony. Principy chemické funkcionalizace povrchu.

7.Technologie mikro-elektrodových polí: Teoretické a praktické aspekty návrhu mikroelektrodových polí pro neurologii a kardiologii. Ekvivalentní elektrický obvod pro rozhraní neuron/elektroda.

8.Metody zpracovaní dat získaných z mikroelektrodových polí: Principy zpracování dat. Algoritmy pro klasifikaci spiků: extrakce a klasifikace parametrů, klastrování a klasifikace.

9.Dlouhodobě invazivní elektrody: Princip techniky hloubkové mozkové stimulace (deep brain stimulation) a praktické aspekty přípravy nanoelektrod pro neurotechnologii. Periferní nervová soustava. Metody pro čtení a ovládaní motorických signálů, Funkční biorozhraní pro umělé oko a retinální implantáty retiny. Kochleární neuroimplantát.

10.Aktuální trendy a perspektivy využití biorozhraní v medicíně.

Osnova cvičení:

Témata laboratorní cvičení:

1.–2. Charakterizace materiálů pro biorozhraní pomocí AFM a spektroskopických metod.

3.–4. Analýza a interpretace výsledků měření, vypracování protokolu experimentu.

5.–6. Provádění chemické funkcionalizace materiálů, nasazení buněčných kultur.

7.–8. Záznam signálů z kultivovaných nervových buněk pomocí mikro-elektrodových polí.

9.–10. Základní vizualizace a analýza dat získaných z mikro-elektrodových polí. Diskuse výsledků.

Témata laboratorních úloh mohou přizpůsobena aktuálním trendům a řešeným projektům v rámci FBMI ČVUT.

Cíle studia:

Studijní materiály:

Povinná literatura:

•HUTMACHER, Dietmar and Wojciech CHRZANOWSKI (Eds). Bionterfaces: Where Material Meets Biology. The Royal Society of Chemistry. 2015, ISBN 978-1-84973-876-7.

•ROSINA, Jozef, Jana VRÁNOVÁ a Hana KOLÁŘOVÁ. Biofyzika: pro zdravotnické a biomedicínské obory. 2., doplněné vydání. Praha: Grada Publishing, 2021. ISBN 978-80-271-2526-5.

Doporučená literatura:

•ROAO, R. P. N. Brain-Computer interfacing: an introduction. Cambridge University Press, 2013. ISBN

9781139032803.

•CLEMENT, Claude. Brain-Computer Interface technologies: Accelerating Neuro-Tecnology for Human Benefit. Springer 2019. ISBN 978-3-030-27852-6.

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Navazující magisterský studijní program Biomedicínské laboratorní metody (povinně volitelný předmět)