Contribuições para a análise de sinais neuronais e biomédicos /
Seguindo a nova tendência de interdisciplinaridade da ciência atual, a neuroengenharia vem crescendo nas últimas décadas. A partir do ano 2000, foram criados periódicos científicos e conferências em todo o mundo dedicados ao tema. Esse trabalho envolve três subáreas da neuroengenharia re...
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| Formato: | Dissertação |
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Neurociências - Dissertação. Neuroengenharia - Dissertação. Compostos enjaulados - Dissertação. Fotoestimulação cortical - Dissertação. Assembleias neuronais - Dissertação. Memória - Aprendizado - Dissertação. Clustering - Dissertação. Neuroscience. Neuroengineering. Caged compunds. Cortical photostimulation. Neural assemblies. Clustering. |
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Neurociências - Dissertação. Neuroengenharia - Dissertação. Compostos enjaulados - Dissertação. Fotoestimulação cortical - Dissertação. Assembleias neuronais - Dissertação. Memória - Aprendizado - Dissertação. Clustering - Dissertação. Neuroscience. Neuroengineering. Caged compunds. Cortical photostimulation. Neural assemblies. Clustering. Santos, Vítor Lopes dos. Brandão, Gláucio Bezerra. Ribeiro, Sidarta Tollendal Gomes, Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Contribuições para a análise de sinais neuronais e biomédicos / |
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Seguindo a nova tendência de interdisciplinaridade da ciência atual, a neuroengenharia vem crescendo nas últimas décadas. A partir do ano 2000, foram criados periódicos científicos e conferências em todo o mundo dedicados ao tema. Esse trabalho envolve três subáreas da neuroengenharia relacionadas com engenharia elétrica e de computação: controle neural; neurociência teórica e computacional; e processamento de sinais neurais; assim como da engenharia biomédica.
A pesquisa compreendeu três partes: (i) Uma técnica de fotoestimulação neural foi desenvolvida baseada no uso de compostos enjaulados. Usando o neurotransmissor inibitório GABA preso a um complexo de rutênio, foi possível provocar inibição quase instantânea da atividade cortical de camundongos com um pulso de laser. Os resultados foram obtidos por análise Wavelet de potenciais de campo e testados com estatística não-paramétrica. (ii) Um método matemático foi desenvolvido para identificação de assembléias neurais. Assembléias neurais foram primeiramente propostas por Donald Hebb (1949) como base do aprendizado, e atualmente constituem o modelo mais bem aceito para representação de informação no sistema nervoso. Usando a lei de Marcenko- Pastur da distribuição de autovalores de matrizes aleatórias foi possível detectar assembléias neurais, identificá-las e calcular a força de ativação com alta resolução temporal. Aplicação do método em dados eletrofisiológicos reais revelou que neurônios do neocórtex e do hipocampo de ratos participam em uma mesma assembleia, e que neurônios podem participar em múltiplas assembleias. (iii) Um novo método de classificação automática de batimentos de eletrocardiograma foi desenvolvido, que não depende de um banco de dados para treinamento, e que não é especializado em patologias específicas. O método envolve decomposição Wavelet e medidas de normalidade de variáveis aleatórias.
Em conjunto, os resultados obtidos nas três linhas de pesquisa representam capacitação em neuroengenharia e engenharia biomédica.#$&Following the new tendency of interdisciplinarity of modern science, a new field called neuroengineering has come to light in the last decades. After 2000, scientific journals and conferences all around the world have been created on this theme. The present work comprises three different subareas related to neuroengineering and electrical engineering: neural stimulation; theoretical and computational neuroscience; and neuronal signal processing; as well as biomedical engineering. The research can be divided in three parts: (i) A new method of neuronal photostimulation was developed based on the use of caged compounds. Using the inhibitory neurotransmitter GABA caged by a ruthenium complex it was possible to block neuronal population activity using a laser pulse. The obtained results were evaluated by Wavelet analysis and tested by non-parametric statistics. (ii) A mathematical method was created to identify neuronal assemblies. Neuronal assemblies were proposed as the basis of learning by Donald Hebb remain the most accepted theory for neuronal representation of external stimuli. Using the Marcenko-Pastur law of eigenvalue distribution it was possible to detect neuronal assemblies and to compute their activity with high temporal resolution. The application of the method in real electrophysiological data revealed that neurons from the neocortex and hippocampus can be part of the same assembly, and that neurons can participate in multiple assemblies. (iii) A new method of automatic classification of heart beats was developed, which does not rely on a data base for training and is not specialized in specific pathologies. The method is based on Wavelet decomposition and normality measures of random variables. Throughout, the results presented in the three fields of knowledge represent qualification in neural and biomedical engineering. |
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