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dc.contributor.authorCampos, José Roberto
dc.date.accessioned2020-05-22T23:37:22Z
dc.date.available2020-05-22T23:37:22Z
dc.date.issued2020-03-02
dc.identifier.citationCAMPOS, 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.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/12794
dc.description.abstractUnderstanding 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.sponsorshipNão recebi financiamentopor
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectMatriz de microeletrodospor
dc.subjectNeurocomputaçãopor
dc.subjectClassificaçãopor
dc.subjectMultielectrode arrayeng
dc.subjectNeurocomputationeng
dc.subjectClassificationeng
dc.subjectSpikeseng
dc.subjectBurstseng
dc.titleQuantificação e agrupamento de neurônios in vitro usando mapas auto-organizáveis em matriz de microeletrodospor
dc.title.alternativeQuantification and clustering of neurons in vitro using self-organizing maps in microelectrode matrixeng
dc.typeTesepor
dc.contributor.advisor1Saito, José Hiroki
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7065615446493390por
dc.description.resumoCompreender 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.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCCpor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOpor
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/1452070858039275por


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