2 np novi sad 2
TRANSCRIPT
![Page 1: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/1.jpg)
1
NEURALNO INŽENJERSTVO
Dejan Popović, [email protected]
Lajdenska boca: skladište velike količine elektriciteta
Leyden University, Holandija(1742 )
Benjamin FranklinAmerički političar i pronalazač. I on je otkrio Lajdensku bocu
(1770)
![Page 2: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Peter Christian AbildgaardLekar i naučnik, osnivač Kraljevske veterinarske škole (1773) je počeo da primenjuje Leidensku bocu za aktivaciju senzorno-motornih mehanizama
104 godine pre nego što je Thomas Edison otkrio električnu svetiljku!
Luigi Galvaniitalijanski lekar koji je otkrio “životinjski elektricitet”
(1780)
![Page 3: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/3.jpg)
3
Guillaume Benjamin Amand Duchenne de Boulogne
francuski neurolog koji je razvio između ostalog i električni osmeh
(1872)
Duchenne de Boulogne, kraj XIX veka
![Page 4: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Edwin R. Davis, (1890):
ELEKTRIČNA STOLICA
John A. Hopps, (1950):
PACEMAKER
Ćelija
![Page 5: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/5.jpg)
5
Ćelijska membrana
"Biološki sloj" koji odvaja ćeliju od ekstracelularne tečnosti nazivamo ćelijska membrana ili ćelijska opna.
unutrašnjost
spoljašnjost
Osnovnesupstance koječine ćelijskumembranu su:
•masti (lipidi) i
•belančevine(proteini).
Šematski prikazstrukture biološkemembrane.
Ćelijska membrana
![Page 6: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/6.jpg)
6
Ravnotežni potencijal ćelijePrimer 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) Ravnotežni potencijal
stimulus
![Page 7: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Akcioni potencijal
Primena “negativnih” impulsa dovodi do hiperpolarizacije(-1,-2,3...).
Akcioni potencijal (AP) pri promeni amplitude aktivacionog napona (struje).
Primena “malih pozitivnih”impulsa ne dovodi do akcionog potencijala (+1,+2, +3, +4)
Primena “dovoljno velikog”napona dovodi do depolarizacije, tj. akcionog potencijala (+5...).
Kronaksija (I-T kriva) definiše potrebnu količinu elektriciteta za generisanje akcionog potencijala
T [µs]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
![Page 8: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/8.jpg)
8
Osnove morfologije/fiziologije nervnog sistema
Morfologija nervne ćelije
![Page 9: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/9.jpg)
9
Ljudski organizam objedinjuje oko 1012 ćelija, a one se mogu podeliti na do 10000 tipova.
Ćelije se mogu podeliti po sledećim karakteristikama:
1) mehanizmu kojim stvaraju relativno stereotipne signale;
2) načinu na koji su povezane;
3) oblicima veza koje rezultuju različitim ponašanjima; i
4) načinom na koji se menja njihovo ponašanje.
Kahalov (Raymond Y Cajal) princip specifičnosti povezivanja ćelija:
1) ne postoji kontinualnost citoplazme između nervnih ćelija,
2) nervne ćelije ne grade "slučajnu" neuralnu mrežu; i
3) svaka ćelija ima specifične i precizne veze, čineći kontakte samo sa nekim nervnim ćelijama, ali ne sa ostalima.
![Page 10: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Dužina presinaptičkog dela ćelije je velika, i može da bude više od 1metar.
Poprečni presek aksona je u opsegu od 2 µm do 20 µm, a prečnik some oko 50 µm.
Jedan neuron može da ostvari sinaptičke veze i sa 1000 drugih neurona.
NEURON
SINAPSA
![Page 11: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/11.jpg)
11
Osnovne karakteristike1. Soma neurona sadrži jedro. 2. Some nervnih ćelija su “blizu” centralnog nervnog
sistema i zaštićene su koštanim sistemom.3. Aksoni prenose impulse od some, a dendriti
prenose signale ka somi.4. Sinapse su mesta prenosa signala (jednosmerno)
sa ćelije ne ćeliju.5. Neurotransmiter prenosi signal preko sinapse, a
posle prenosa nestaje (posle delovanja hemijskih inaktivatora).
Akcioni potencijal – prenos duž aksona
![Page 12: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Akcioni potencijal
xU
r1-=ii
i ∂∂
xU
r1=
xi-=i 2
2
i
im ∂
∂∂∂
)U-(Ug+)U-(Ug+
)U-(Ug+t
UC=xU
2R
eeNaNa
KK2
2
∂∂
∂∂ρ
Akcioni potencijal
tU
v1=
xU
2
2
22
2
∂∂
∂∂
![Page 13: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/13.jpg)
13
Uloga centralnog nervnog sistema (CNS) je da skenira, evaluira (upoređuje sa memorisanim informacijama), i procesira informacije primljene od perifernih senzornih nerava i da generiše eferentne impulse, pa se može reći da on ima integracionu i koordinišuću funkciju.
Centralni nervni sistem čine mozak i kičmena moždina.
FUNKCIONALNA ULOGA
Mozak i kičmena moždina su zaštićeni meningama (višeslojnom opnom), a zatim koštanim sistemom (lobanja / kičmeni pršljenovi).
Površinski sloj telencephalona - cortex se deli na režnjeve: frontalni, parietalni, okcipitalni i temporalni.
Dve hemisfere su povezane za corpus callosum.
FUNKCIONALNA ULOGA
![Page 14: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/14.jpg)
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 uopšte. Ljudski organizam je u stanju da proizvodi oko 10 bit/s informacija.
Radi poređenja pomenućemo da jedna televizijska slika ima oko 10 bit/s, ili čitanje 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)
![Page 15: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/15.jpg)
15
FUNKCIONALNE CELINE CNS-a
MORFOLOGIJA
![Page 16: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/16.jpg)
16
SPECIFICIRANOST STRUKTURA U MOZGU
MORFOLOGIJA: KIČMENA MOŽDINA + PNS
![Page 17: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/17.jpg)
17
Kičmena moždina je organ na kome se ostvaruje veza perifernih nerava sa CNS-om. Moždina služi 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.
![Page 18: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/18.jpg)
18
Kortikalni refleks
Postoji shvatanje da kičmena moždina u sebi sadrži i mehanizam koji se naziva centralni generator ritma (central pattern generator - CPG), čijom modulacijom se dobijaju funkcionalni pokreti koji rezultuju važnim funkcijama kao što je naprimer lokomocija.
![Page 19: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/19.jpg)
19
Osnove morfologije/fiziologije mišićnog sistema
![Page 20: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/20.jpg)
20
NERVNO-MIŠIĆNA SINAPSA
Motorna jedinica
![Page 21: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/21.jpg)
21
![Page 22: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/22.jpg)
22
ŠEMATSKI PRIKAZ MEHANIZMA KONTRAKCIJE
Prenos akcionog potencijala sa motornog nerva na motornu jedinicu mišića izaziva kontakt između jednog broja miozinskih glavica i aktinskih vlakana, koje prati obrtanje miozinskihglavica. To rezultuje skraćenjem sarkomera, tj. mišića.
Šematski prikaz mišićne kontrakcije
![Page 23: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/23.jpg)
23
KONTRAKCIONA SILA SARKOMERA
AKCIONI POTENCIJALI I MIŠIĆNI ODGOVOR ZA SRČANI MIŠIČ
![Page 24: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/24.jpg)
24
AKCIONI POTENCIJALI I MIŠIĆNI ODGOVORI ZA GLATKE MIŠIĆE
AKCIONI POTENCIJALI I MIŠIĆNI ODGOVORI ZA POPREČNO-PRUGASTE MIŠIĆE
![Page 25: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/25.jpg)
25
Mišićno pobuđivanje
Različite mišićne jedinice u istom mišiću imaju različite pragove pobuđivanja, i razvijaju različite sile.
SILA U FUNKCIJI RELATIVNE DUŽINE MIŠIĆA (desno), I UČESTANOSTI POBUĐIVANJA (levo)
![Page 26: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/26.jpg)
26
Mišićna sila u funkciji dužine i brzine skraćivanja
OSNOVNI PRINCIP RADA NEURALNIH PROTEZA:
GENERISANJE AKCIONIH POTENCIJALA PRIMENOM ELEKTRIČNE STIMULACIJE(površinske elektrode, implantibilne elektrode)
GENERISANJE AKCIONIH POTENCIJALA PRIMENOM PROMENLJIVOG MAGNETSKOG POLJA
GENERISANJE AKCIONIH POTENCIJALA PRIMENOM DRUGIH ENERGETSKIH IZVORA (akupunktura, akupresura, ultrazvuk, itd.)
![Page 27: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/27.jpg)
27
f = 1/IPI (impulsa u sekundi) – učestanost stimulacije
T (10 µs – 10 ms), f = 1 – 100 imp/s, I = 10 µA – 150 mA (1 mV – 300 V)
a) Monofazna stimulacija
b) monofazna kompenzovana stimulacija
c) Monofazna stimulacija
d) Bifazna stimulacija
![Page 28: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/28.jpg)
28
i(t)u(t)
i(t) u(t)
t [µs] t [µs]
t [µs] t [µs]
BA
Oblik napona (A) i struje (B) (donji paneli) pri pobudi strujnim (A), odnosno naponskim (B) (gornji paneli) izvorom
Princip primene električne stimulacije za pobudu senzorno-motornih sistema.
“Aktivna” elektroda je katoda.
Elektroda je pretvarač struje jona (u spoljnom sistemu) i struje jona u organizmu.
![Page 29: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/29.jpg)
29
Lokalizacija (selektivnost) električne stimulacije
Kriva pobuđivanja (recruitment curve)
![Page 30: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/30.jpg)
30
MIŠIĆNMA SILA ZAVIZI OD UČESTANOSTI POBUĐIVANJA
ODGOVOR NA POJEDINAČAN IMPULS: TRZAJ (TWITCH)
ODGOVOR KOD KOG SE NE VIVI PULSIRANJE: FUZIONA KONTRAKCIJA
MAKSIMALNI ODGOVOR: TETANIZACIJA
Učestanost aktivacija mišićnih ćelija (biološka) je mala.
Mišić se zamara ako su mišićne ćelije aktivirane sa većim učestanostima.
![Page 31: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/31.jpg)
31
Mišićna sila prati sa kašnjenjem akcioni potencijal. Inženjerskom terminologijiom mišićna sila je izlaz iz filtra propusnika niskih učestanosti na impulsnu pobudu.
Kašnenje je trajanja 30 do 50 ms, a trajanje sile na pojedini impuls reda 50 do 100 ms (zavisi od mišićnih vlakana)
Sonda u obliku broja “8”Dva TMS uređaja i sonda u obliku torusa
Magnetska aktivacija nervnih ćelija
NAVIGAIONI SISTEM
![Page 32: 2 NP Novi Sad 2](https://reader031.vdocuments.mx/reader031/viewer/2022013112/55cf982a550346d03395fb98/html5/thumbnails/32.jpg)
32
• oblik namotaja(stimulacione sonde)
• položaj i orijentacijanamotaja u odnosu nakortikalnu strukturu
• električna provodnoststimulisanih struktura
Oblik indukovanog električnog polja
Pri primeni TMSa se danas sve češće primenjuje navigacioni uređaj: Navigacioni sistem koristeći snimke (MRI) i sistem senzora omogućava ponovljivo pozicioniranje sonde u odnosu na kortikalne strukture.