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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2007.tde-31032008-173530
Documento
Autor
Nome completo
Rogério Rodrigues Lima Cisi
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2007
Orientador
Banca examinadora
Kohn, André Fábio (Presidente)
Baldo, Marcus Vinícius Chrysóstomo
Goroso, Daniel Gustavo
Itiki, Cinthia
Silva Filho, Antônio Carlos Roque da
Título em português
Sistema de simulação de circuitos neuronais da medula espinhal desenvolvido em arquitetura web.
Palavras-chave em português
Bioengenharia
Medula espinhal
Modelos fisiológicos
Rede nervosa
Simulação de sistemas
Resumo em português
Este trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema de simulação de circuitos neuronais, com interface de utilização amigável e arquitetura baseada em web. O sistema é direcionado ao estudo de redes de neurônios da medula espinhal, responsáveis pelo controle motor, sujeitas à ativação por vias superiores e periféricas ou por estímulos elétricos. Sua utilidade está relacionada à criação de hipóteses ou teorias sobre o processamento neuronal realizado no caso são ou patológico, a atividades como a interpretação de resultados de experimentos eletrofisiológicos realizados em humanos e no direcionamento e validação de procedimentos experimentais. Para os propósitos deste projeto, a simulação computacional é o recurso mais indicado a se utilizar, considerando o grande número de variáveis envolvidas e o caráter não-linear dos elementos constituintes. As simulações devem retratar de maneira fidedigna as principais propriedades que caracterizam os núcleos neuronais a se estudar. Essas propriedades estão associadas ao recrutamento de unidades motoras, às relações de entrada-saída dos conjuntos neuronais, à influência das vias aferentes sobre os motoneurônios, ao papel da inibição recorrente e da inibição recíproca, à geração de força e do sinal eletromiográfico, entre outros. A simulação do reflexo H, que é uma técnica muito importante utilizada em estudos neurofisiológicos, está presente neste trabalho. Pretende-se que o sistema de simulação aqui proposto seja uma ferramenta útil para pesquisa e ensino da neurofisiologia do controle motor, provendo subsídios que levem a um melhor entendimento dos circuitos neuronais modelados.
Título em inglês
Simulation system of spinal cord neuronal circuitry developed in a web-based architecture
Palavras-chave em inglês
Computational neuroscience
Modeling
Motoneuron
Neuronal network
Simulation
Spinal cord
Synapse
Resumo em inglês
This work describes the development of a simulation system of neuronal circuitry, having a user-friendly interface and based on web architecture. The system is intended for studying spinal cord neuronal networks responsible for muscle control, subjected to descending drive or electrical stimulation. It is potentially useful in many activities, such as the interpretation of electrophysiological experiments conducted with humans, the proposition of hypotheses or theories on neuronal processing. Computer simulation is the most indicated approach to attain the objectives of this project because of the huge number of variables and the non-linear characteristics of the constituting elements. The simulations should mimic in a faithful way the main properties related to the modeled neuronal nuclei. These properties are associated with: i) motor-unit recruitment, ii) neuronal nuclei input-output relations, iii) afferent tract influence on motoneurons, iv) effects of recurrent inhibition and reciprocal inhibition, v) generation of force and electromyogram, and others. The generation of the H-reflex by the Ia-motoneuron pool system, which is an important tool in human neurophysiology, is included in the simulation system. The biological reality obtained with the present simulator and its web-based implementation make it a powerful tool for researchers in neurophysiology.
 
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Tese_RRLCisi.pdf (3.29 Mbytes)
Data de Publicação
2008-04-03
 
AVISO: O material descrito abaixo refere-se a trabalhos decorrentes desta tese ou dissertação. O conteúdo desses trabalhos é de inteira responsabilidade do autor da tese ou dissertação.
  • CISI, R. R. L., and KOHN, A. F. Simulation system of spinal cord motor nuclei and associated nerves and muscles, in a Web-based architecture [doi:10.1007/s10827-008-0092-8]. Journal of Computational Neuroscience [online], 2008, vol. 25, p. 520-542.
  • CISI, R. R. L., and KOHN, A. F. From neuronal ionic channels to muscle control: a Web-based simulator and its application to teaching. In World Congress of Engineering - Intl Conf. Systems Biology and Bioengineering, London, 2008. Proceedings of the WCE e Lecture Notes in Engineering and Computer Science.Hong Kong : Newswood e International Association of Engineers, 2008.
  • CISI, R. R. L., and KOHN, A. F. H-reflex depression simulated by a biologically realistic motoneuron network. In 29th IEEE EMBS Annual International Conference, Lyon, 2007. Proceedings of the 29th IEEE EMBS International Conference.Piscataway, N.J. (USA) : IEEE, 2007.
  • CISI, R. R. L., and KOHN, A. F. Simulator for studying neuronal ensemble activity in the spinal cord. In 7th International Neural Coding Workshop, Montevideo, 2007. Proceeedings of the 7th International Neural Coding Workshop.Montevideo, 2007. Abstract.
  • CISI, Rogério Rodrigues Lima, and KOHN, A. F. Spinal Cord Neuronal Network Simulator. In Conference of the Canadian Medical and Biological Engineering Society, Quebec, 2004. Proceedings of the CMBEC.Orleans, Ontario, Canada : CMBES, 2004.
  • CISI, Rogério Rodrigues Lima, e KOHN, A. F. Modelagem e simulação de estratégias de controle da força muscular. In XX Congresso Brasileiro de Engenharia Biomédica, São Pedro, 2006. Anais em CD-ROM. : SBEB, 2006.
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