dc.contributor.author | Campos, José Roberto | |
dc.date.accessioned | 2020-05-22T23:37:22Z | |
dc.date.available | 2020-05-22T23:37:22Z | |
dc.date.issued | 2020-03-02 | |
dc.identifier.citation | CAMPOS, José Roberto. Quantificação e agrupamento de neurônios in vitro usando mapas auto-organizáveis em matriz de microeletrodos. 2020. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2020. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/12794. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/12794 | |
dc.description.abstract | Understanding how information is encoded in large neuronal networks
is one of the biggest challenges in neuroscience. A possible approach
to investigate the information processing capabilities of
neuronal nets is given by the use of dissociated neuronal cultures
attached to the Microelectrode Array. For instance, cortical neurons dissociated from rat embryos
cultivated in vitro in MEA show characteristic patterns of electrophysiological activities, ranging from isolated peaks in the early days
up to highly synchronized bursts after 3-4
weeks. In this context it is important to know
the spatial distribution function of neurons and, for that the
microscopic images are an alternative used to find out the positioning of the
neuron cells on the glass substrate of the MEA. However,
it is worth noting that microscopy is not always performed mainly
at short intervals during signal recording.
Of course there is a lack in the context of methods capable to
perform such functions without impairing the measurement of spontaneous signals
produced by the neuronal networks. To minimize this problem, it is proposed in this thesis
a framework for quantifying and classifying
neuron cells and thus estimate the topological arrangement of the culture,
by identifying spikes and bursts,
on the MEA electrodes. The framework developed for mapping
the topology of neurons, using Self-Organizing Map (SOM) neural network, is applied to the recording signals of the
experiment entitled Culture 371 of dissociated neuronal cells,
carried out at the Laboratory of Neuroengineering and
Bionanotechnology at the University of Genoa, Italy.
To validate the procedure, a topological map obtained as
result of this thesis is compared with a microscopic image obtained on day 38 of maturation
of Culture 371. Considering the majority number of MEA electrodes, the Chi-Square test resulted in confront of this validation. In addition, it is applied in the topological maps
the classification the neurons observed around the microelectrodes using
the analysis and separation of the registered spike waveforms. | eng |
dc.description.sponsorship | Não recebi financiamento | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Matriz de microeletrodos | por |
dc.subject | Neurocomputação | por |
dc.subject | Classificação | por |
dc.subject | Multielectrode array | eng |
dc.subject | Neurocomputation | eng |
dc.subject | Classification | eng |
dc.subject | Spikes | eng |
dc.subject | Bursts | eng |
dc.title | Quantificação e agrupamento de neurônios in vitro usando mapas auto-organizáveis em matriz de microeletrodos | por |
dc.title.alternative | Quantification and clustering of neurons in vitro using self-organizing maps in microelectrode matrix | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.contributor.advisor1 | Saito, José Hiroki | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/7065615446493390 | por |
dc.description.resumo | Compreender como a informação é codificada em grandes redes neuronais
é um dos maiores desafios para a neurociência. Uma possível abordagem
para investigar as capacidades de processamento de informações dos
conjuntos neuronais é dada pelo uso de culturas neuronais dissociadas
acopladas à matriz de microeletrodos (em inglês, Microelectrode Array – MEA). Por exemplo, os neurônios corticais dissociados de embriões de ratos
cultivados in vitro em MEA apresentam padrões característicos de atividade
eletrofisiológica, variando desde picos isolados nos primeiros dias de
desenvolvimento até bursts altamente sincronizadas após 3-4
semanas. Neste contexto é importante um conhecimento
da função da distribuição espacial dos neurônios, para isso a
microscopia é uma alternativa utilizada para descobrir o posicionamento das
células de neurônios sobre o substrato de vidro da MEA. Entretanto,
nem sempre a microscopia é realizada, principalmente,
em pequenos intervalos de tempo durante o registro de sinais.
Naturalmente existe uma carência no contexto de métodos capazes de
realizar tais funções sem prejudicar a medida dos sinais espontâneos
produzidos pela rede neuronal. Para amenizar este problema, é proposto nessa tese
uma estrutura para quantificar e classificar
as células de neurônios e assim estimar o arranjo topológico da cultura,
através da identificação de spikes,
nos eletrodos da MEA. A estrutura desenvolvida para o mapeamento
topológico de neurônios, utilizando rede neurais de mapas auto-organizáveis - SOM (Self Organizing Map), é aplicada aos sinais de gravação do
experimento intitulado como Cultura 371, de células neuronais dissociadas cultivadas
in vitro, realizado no Laboratório de Neuroengenharia e
Bionanotecnologia da Universidade de Gênova, na Itália.
Para validar o procedimento, são comparados um mapa topológico obtido como
resultado desta tese com uma imagem de microscopia obtida no dia 38 de maturação
da Cultura 371. Para a maioria dos eletrodos da MEA o teste Qui-Quadrado resultou nesta validação. Além disso, é realizado nos mapas topológicos
a classificação dos neurônios observados ao redor dos microeletrodos utilizando
a análise e separação de formas de ondas dos spikes registradas. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCC | por |
dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/1452070858039275 | por |