Implante neural controlado em malha fechada
One of the challenges to biomedical engineers proposed by researchers in neuroscience is brain machine interaction. The nervous system communicates by interpreting electrochemical signals, and implantable circuits make decisions in order to interact with the biological environment. It is well known...
| Autor principal: | Araujo, Carlos Eduardo de |
|---|---|
| Formato: | Tese |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2016
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| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/1687 |
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riut-1-16872016-10-14T06:00:49Z Implante neural controlado em malha fechada Closed loop controlled neural implant Araujo, Carlos Eduardo de Abatti, Paulo José http://lattes.cnpq.br/2771856898735617 Abatti, Paulo José Cunha, Claudio da Dombrowski, Patrícia Andréia Gewehr, Pedro Miguel Prótese Dopamina Estimulação neural Interface cérebro-computador Controle automático Software - Desenvolvimento Simulação (Computadores) Engenharia biomédica Engenharia elétrica Prosthesis Dopamine Neural stimulation Brain-computer interfaces Automatic control Computer software - Development Computer simulation Biomedical engineering Electric engineering CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA One of the challenges to biomedical engineers proposed by researchers in neuroscience is brain machine interaction. The nervous system communicates by interpreting electrochemical signals, and implantable circuits make decisions in order to interact with the biological environment. It is well known that Parkinson’s disease is related to a deficit of dopamine (DA). Different methods has been employed to control dopamine concentration like magnetic or electrical stimulators or drugs. In this work was automatically controlled the neurotransmitter concentration since this is not currently employed. To do that, four systems were designed and developed: deep brain stimulation (DBS), transmagnetic stimulation (TMS), Infusion Pump Control (IPC) for drug delivery, and fast scan cyclic voltammetry (FSCV) (sensing circuits which detect varying concentrations of neurotransmitters like dopamine caused by these stimulations). Some softwares also were developed for data display and analysis in synchronously with current events in the experiments. This allowed the use of infusion pumps and their flexibility is such that DBS or TMS can be used in single mode and other stimulation techniques and combinations like lights, sounds, etc. The developed system allows to control automatically the concentration of DA. The resolution of the system is around 0.4 µmol/L with time correction of concentration adjustable between 1 and 90 seconds. The system allows controlling DA concentrations between 1 and 10 µmol/L, with an error about +/- 0.8 µmol/L. Although designed to control DA concentration, the system can be used to control, the concentration of other substances. It is proposed to continue the closed loop development with FSCV and DBS (or TMS, or infusion) using parkinsonian animals models. Um dos desafios propostos por pesquisadores em neurociência aos engenheiros biomédicos é a interação cérebro-máquina. O sistema nervoso comunica-se interpretando sinais eletroquímicos, e circuitos implantáveis podem tomar decisões de modo a interagir com o meio biológico. Sabe-se também que a doença de Parkinson está relacionada a um déficit do neurotransmissor dopamina. Para controlar a concentração de dopamina diferentes técnicas tem sido empregadas como estimuladores elétricos, magnéticos e drogas. Neste trabalho obteve-se o controle da concentração do neurotransmissor de maneira automática uma vez que atualmente isto não é realizado. Para tanto, projetou-se e desenvolveu-se quatro sistemas: a estimulação cerebral profunda ou deep brain stimulation (DBS), a estimulação transmagnética ou transmagnetic stimulation (TMS), um controle de bomba de infusão ou infusion pump control (IPC) para a entrega de drogas e um sistema de voltametria cíclica de varredura rápida ou fast scan ciclic voltammetry (FSCV) (circuito que detecta variações de concentração de neurotransmissores como a dopamina - DA). Também foi necessário o desenvolvimento de softwares para a visualização de dados e análises em sincronia com acontecimentos ou experimentos correntes, facilitando a utilização destes dispositivos quando emprega-se bombas de infusão e a sua flexibilidade é tal que a DBS ou a TMS podem ser utilizadas de maneira manual ou automática além de outras técnicas de estimulação como luzes, sons, etc. O sistema desenvolvido permite controlar de forma automática a concentração da DA. A resolução do sistema é de 0.4 µmol/L podendo-se ajustar o tempo para correção da concentração entre 1 e 90 segundos. O sistema permite controlar concentrações entre 1 e 10 µmol/L, com um erro de cerca de +/- 0,8 µmol/L. Embora desenhado para o controle da concentração de dopamina o sistema pode ser utilizado para controlar outros neurotransmissores. Propõe-se continuar o desenvolvimento em malha fechada empregando FSCV e DBS (ou TMS, ou infusão), utilizando modelos animais parkinsonianos. 2016-10-13T18:31:39Z 2016-10-13T18:31:39Z 2015-12-15 doctoralThesis ARAUJO, Carlos Eduardo de. Implante neural controlado em malha fechada. 2015. 109 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2015. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/1687 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial UTFPR |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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Português |
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One of the challenges to biomedical engineers proposed by researchers in neuroscience is brain machine interaction. The nervous system communicates by interpreting electrochemical signals, and implantable circuits make decisions in order to interact with the biological environment. It is well known that Parkinson’s disease is related to a deficit of dopamine (DA). Different methods has been employed to control dopamine concentration like magnetic or electrical stimulators or drugs. In this work was automatically controlled the neurotransmitter concentration since this is not currently employed. To do that, four systems were designed and developed: deep brain stimulation (DBS), transmagnetic stimulation (TMS), Infusion Pump Control (IPC) for drug delivery, and fast scan cyclic voltammetry (FSCV) (sensing circuits which detect varying concentrations of neurotransmitters like dopamine caused by these stimulations). Some softwares also were developed for data display and analysis in synchronously with current events in the experiments. This allowed the use of infusion pumps and their flexibility is such that DBS or TMS can be used in single mode and other stimulation techniques and combinations like lights, sounds, etc. The developed system allows to control automatically the concentration of DA. The resolution of the system is around 0.4 µmol/L with time correction of concentration adjustable between 1 and 90 seconds. The system allows controlling DA concentrations between 1 and 10 µmol/L, with an error about +/- 0.8 µmol/L. Although designed to control DA concentration, the system can be used to control, the concentration of other substances. It is proposed to continue the closed loop development with FSCV and DBS (or TMS, or infusion) using parkinsonian animals models. |
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2016 |
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ARAUJO, Carlos Eduardo de. Implante neural controlado em malha fechada. 2015. 109 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2015. |
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