2 NP Novi Sad 2

  • View
    15

  • Download
    7

Embed Size (px)

Transcript

  • 1NEURALNO INENJERSTVO

    Dejan Popovi, dbp@etf.rs

    Lajdenska boca: skladite velike koliine elektriciteta

    Leyden University, Holandija(1742 )

    Benjamin FranklinAmeriki politiar i pronalaza. I on je otkrio Lajdensku bocu

    (1770)

  • 2Peter Christian AbildgaardLekar i naunik, osniva Kraljevske veterinarske kole (1773) je poeo da primenjuje Leidensku bocu za aktivaciju senzorno-motornih mehanizama

    104 godine pre nego to je Thomas Edison otkrio elektrinu svetiljku!

    Luigi Galvaniitalijanski lekar koji je otkrio ivotinjski elektricitet

    (1780)

  • 3Guillaume Benjamin Amand Duchenne de Boulogne

    francuski neurolog koji je razvio izmeu ostalog i elektrini osmeh

    (1872)

    Duchenne de Boulogne, kraj XIX veka

  • 4Edwin R. Davis, (1890):

    ELEKTRINA STOLICA

    John A. Hopps, (1950):

    PACEMAKER

    elija

  • 5elijska membrana

    "Bioloki sloj" koji odvaja eliju od ekstracelularne tenosti nazivamo elijska membrana ili elijska opna.

    unutranjost

    spoljanjost

    Osnovnesupstance kojeine elijskumembranu su:

    masti (lipidi) i

    belanevine(proteini).

    ematski prikazstrukture biolokemembrane.

    elijska membrana

  • 6Ravnoteni potencijal elijePrimer neurona:Um=- 70mVEK=-81 mVUm-EK=11mV

    ENa=85 mV

    Um-ENa=-155mV

    Akcioni potencijal

    Akcioni potencijal (AP) ima 3 faze: (B) depolarizacija, (C) repolarizacija, (D) hiperpolarizacija.

    (A) Ravnoteni potencijal

    stimulus

  • 7Akcioni potencijal

    Primena negativnih impulsa dovodi do hiperpolarizacije(-1,-2,3...).

    Akcioni potencijal (AP) pri promeni amplitude aktivacionog napona (struje).

    Primena malih pozitivnihimpulsa ne dovodi do akcionog potencijala (+1,+2, +3, +4)

    Primena dovoljno velikognapona dovodi do depolarizacije, tj. akcionog potencijala (+5...).

    Kronaksija (I-T kriva) definie potrebnu koliinu elektriciteta za generisanje akcionog potencijala

    T [s]0

    I [mA]

    20

    50

    10

    30

    40

    60

    70

    0 10 20 30 40 50 TC

    IB

    IB - struja reobaze, TC - kronaksija

    BBC I

    TITI + 2

  • 8Osnove morfologije/fiziologije nervnog sistema

    Morfologija nervne elije

  • 9Ljudski organizam objedinjuje oko 1012 elija, a one se mogu podeliti na do 10000 tipova.

    elije se mogu podeliti po sledeim karakteristikama:

    1) mehanizmu kojim stvaraju relativno stereotipne signale;

    2) nainu na koji su povezane;

    3) oblicima veza koje rezultuju razliitim ponaanjima; i

    4) nainom na koji se menja njihovo ponaanje.

    Kahalov (Raymond Y Cajal) princip specifinosti povezivanja elija:

    1) ne postoji kontinualnost citoplazme izmeu nervnih elija,

    2) nervne elije ne grade "sluajnu" neuralnu mreu; i

    3) svaka elija ima specifine i precizne veze, inei kontakte samo sa nekim nervnim elijama, ali ne sa ostalima.

  • 10

    Duina presinaptikog dela elije je velika, i moe da bude vie od 1metar.

    Popreni presek aksona je u opsegu od 2 m do 20 m, a prenik some oko 50 m.

    Jedan neuron moe da ostvari sinaptike veze i sa 1000 drugih neurona.

    NEURON

    SINAPSA

  • 11

    Osnovne karakteristike1. Soma neurona sadri jedro. 2. Some nervnih elija su blizu centralnog nervnog

    sistema i zatiene su kotanim sistemom.3. Aksoni prenose impulse od some, a dendriti

    prenose signale ka somi.4. Sinapse su mesta prenosa signala (jednosmerno)

    sa elije ne eliju.5. Neurotransmiter prenosi signal preko sinapse, a

    posle prenosa nestaje (posle delovanja hemijskih inaktivatora).

    Akcioni potencijal prenos du aksona

  • 12

    Akcioni potencijal

    xU

    r1-=ii

    i

    xU

    r1=

    xi-=i 2

    2

    i

    im

    )U-(Ug+)U-(Ug+

    )U-(Ug+tUC=

    xU

    2R

    eeNaNa

    KK2

    2

    Akcioni potencijal

    tU

    v1=

    xU

    2

    2

    22

    2

  • 13

    Uloga centralnog nervnog sistema (CNS) je da skenira, evaluira (uporeuje sa memorisanim informacijama), i procesira informacije primljene od perifernih senzornih nerava i da generie eferentne impulse, pa se moe rei da on ima integracionu i koordiniuu funkciju.

    Centralni nervni sistem ine mozak i kimena modina.

    FUNKCIONALNA ULOGA

    Mozak i kimena modina su zatieni meningama (vieslojnom opnom), a zatim kotanim sistemom (lobanja / kimeni prljenovi).

    Povrinski sloj telencephalona - cortex se deli na renjeve: frontalni, parietalni, okcipitalni i temporalni.

    Dve hemisfere su povezane za corpus callosum.

    FUNKCIONALNA ULOGA

  • 14

    Ljudski CNS prima veliki broj informacija (109 bit/s), a samo mali deo se svesno registruje (10 do 100 bit/s).

    Ostale informacije se procesiraju podsvesno, ili se ne procesiraju uopte. Ljudski organizam je u stanju da proizvodi oko 10 bit/s informacija.

    Radi poreenja pomenuemo da jedna televizijska slika ima oko 10 bit/s, ili itanje jedne stranice teksta za 20 sekundi odgovara prijemu od oko 50 bit/s.

    FUNKCIONALNA ULOGA

    ORGANIZACIJA NERVNOG SISTEMA: CENTRALNI (CNS) I PERIFERNI NERVNI SISTEM (PNS)

  • 15

    FUNKCIONALNE CELINE CNS-a

    MORFOLOGIJA

  • 16

    SPECIFICIRANOST STRUKTURA U MOZGU

    MORFOLOGIJA: KIMENA MODINA + PNS

  • 17

    Kimena modina je organ na kome se ostvaruje veza perifernih nerava sa CNS-om. Modina slui i kao prenosilac i integratorinformacija

    Periferni nervni sistem se ponekada naziva i spinalni nervni sistem. Spinalni nervni sistem je funkcionalno organizovan u oblik koji je odgovaran za reflekse.

  • 18

    Kortikalni refleks

    Postoji shvatanje da kimena modina u sebi sadri i mehanizam koji se naziva centralni generator ritma (central pattern generator - CPG), ijom modulacijom se dobijaju funkcionalni pokreti koji rezultuju vanim funkcijama kao to je naprimer lokomocija.

  • 19

    Osnove morfologije/fiziologije miinog sistema

  • 20

    NERVNO-MIINA SINAPSA

    Motorna jedinica

  • 21

  • 22

    EMATSKI PRIKAZ MEHANIZMA KONTRAKCIJE

    Prenos akcionog potencijala sa motornog nerva na motornu jedinicu miia izaziva kontakt izmeu jednog broja miozinskih glavica i aktinskih vlakana, koje prati obrtanje miozinskihglavica. To rezultuje skraenjem sarkomera, tj. miia.

    ematski prikaz miine kontrakcije

  • 23

    KONTRAKCIONA SILA SARKOMERA

    AKCIONI POTENCIJALI I MIINI ODGOVOR ZA SRANI MII

  • 24

    AKCIONI POTENCIJALI I MIINI ODGOVORI ZA GLATKE MIIE

    AKCIONI POTENCIJALI I MIINI ODGOVORI ZA POPRENO-PRUGASTE MIIE

  • 25

    Miino pobuivanje

    Razliite miine jedinice u istom miiu imaju razliite pragove pobuivanja, i razvijaju razliite sile.

    SILA U FUNKCIJI RELATIVNE DUINE MIIA (desno), I UESTANOSTI POBUIVANJA (levo)

  • 26

    Miina sila u funkciji duine i brzine skraivanja

    OSNOVNI PRINCIP RADA NEURALNIH PROTEZA:

    GENERISANJE AKCIONIH POTENCIJALA PRIMENOM ELEKTRINE STIMULACIJE(povrinske elektrode, implantibilne elektrode)

    GENERISANJE AKCIONIH POTENCIJALA PRIMENOM PROMENLJIVOG MAGNETSKOG POLJA

    GENERISANJE AKCIONIH POTENCIJALA PRIMENOM DRUGIH ENERGETSKIH IZVORA (akupunktura, akupresura, ultrazvuk, itd.)

  • 27

    f = 1/IPI (impulsa u sekundi) uestanost stimulacije

    T (10 s 10 ms), f = 1 100 imp/s, I = 10 A 150 mA (1 mV 300 V)

    a) Monofazna stimulacija

    b) monofazna kompenzovana stimulacija

    c) Monofazna stimulacija

    d) Bifazna stimulacija

  • 28

    i(t)u(t)

    i(t) u(t)

    t [s] t [s]

    t [s] t [s]

    BA

    Oblik napona (A) i struje (B) (donji paneli) pri pobudi strujnim (A), odnosno naponskim (B) (gornji paneli) izvorom

    Princip primene elektrine stimulacije za pobudu senzorno-motornih sistema.

    Aktivna elektroda je katoda.

    Elektroda je pretvara struje jona (u spoljnom sistemu) i struje jona u organizmu.

  • 29

    Lokalizacija (selektivnost) elektrine stimulacije

    Kriva pobuivanja (recruitment curve)

  • 30

    MIINMA SILA ZAVIZI OD UESTANOSTI POBUIVANJA

    ODGOVOR NA POJEDINAAN IMPULS: TRZAJ (TWITCH)

    ODGOVOR KOD KOG SE NE VIVI PULSIRANJE: FUZIONA KONTRAKCIJA

    MAKSIMALNI ODGOVOR: TETANIZACIJA

    Uestanost aktivacija miinih elija (bioloka) je mala.

    Mii se zamara ako su miine elije aktivirane sa veim uestanostima.

  • 31

    Miina sila prati sa kanjenjem akcioni potencijal. Inenjerskom terminologijiom miina sila je izlaz iz filtra propusnika niskih uestanosti na impulsnu pobudu.

    Kanenje je trajanja 30 do 50 ms, a trajanje sile na pojedini impuls reda 50 do 100 ms (zavisi od miinih vlakana)

    Sonda u obliku broja 8Dva TMS ureaja i sonda u obliku torusa

    Magnetska aktivacija nervnih elija

    NAVIGAIONI SISTEM

  • 32

    oblik namotaja(stimulacione sonde)

    poloaj i orijentacijanamotaja u odnosu nakortikalnu strukturu

    elektrina provodnoststimulisanih struktura

    Oblik indukovanog elektrinog polja

    Pri primeni TMSa se danas sve ee primenjuje navigacioni ureaj: Navigacioni sistem koristei snimke (MRI) i sistem senzora omoguava ponovljivo pozicioniranje sonde u odnosu na kortikalne strukture.