Zaproszenie na obronę pracy doktorskiej


DZIEKAN i RADA WYDZIAŁU
INFORMATYKI, ELEKTRONIKI I TELEKOMUNIKACJI
AKADEMII GÓRNICZO-HUTNICZEJ im. ST. STASZICA W KRAKOWIE
zapraszają na
publiczą dyskusję nad rozprawą doktorską

mgr inż. Krzysztofa Zaraski
DETEKTOR SYGNAŁÓW ELEKTRYCZNYCH AUTONOMICZNEGO UKŁADU NERWOWEGO PRZEWODU POKARMOWEGO
Termin:27 marca 2017 roku o godz. 10:30
Miejsce:S sala 1.20 pawilon D-17,
ul. Kawiory 21
PROMOTOR:prof. dr hab. inż. Wojciech Kucewicz – Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
RECENZENCI:dr hab. inż. Adam Gacek, prof. n. - Instytut Techniki i Aparatury Medycznej ITAM w Zabrzu
dr hab. inż. Witold Machowski – Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
Z rozprawą doktorską i opiniami recenzentów można się zapoznać
w Czytelni Biblioteki Głównej AGH, al. Mickiewicza 30




Detektor sygnałów elektrycznych autonomicznego układu nerwowego przewodu pokarmowego


mgr inż. Krzysztof Zaraska


Promotor: prof. dr hab. inż. Wojciech Kucewicz (AGH)
Dyscyplina: Elektronika


Streszczenie

Neurostymulacja (lub neuromodulacja) jest metodą terapeutyczną polegającą na sztucznym pobudzaniu układu nerwowego pacjenta impulsami elektrycznymi. Urządzenie elektroniczne realizujące tą funkcję zwane jest neurostymulatorem. Jednym z obszarów neurostymulacji jest neurostymulacja wegetatywna, to jest neurostymulacja wegetatywnego (autonomicznego) układu nerwowego. W tym obszarze szczególnym zainteresowaniem cieszy się stymulacja nerwu błędnego (ang. Vagus Nerve Stimulation, VNS). Jednym z aktywnych obszarów badawczych dotyczących zastosowań VNS jest leczenie otyłości. Koncepcja zastosowania VNS do leczenia otyłości opiera się na obserwacji anatomicznej że nerw błędny przenosi informacje z receptorów umieszczonych w przewodzie pokarmowym (w szczególności żołądku) do mózgu. Spożycie pokarmu powoduje aktywację mechano- i chemoreceptorów żołądka, a przez to i wzrost aktywności nerwu błędnego. Zwiększona ilość impulsów nerwowych odbierana jest przez mózg jako uczucie sytości. Zatem sztuczne wprowadzanie impulsów do nerwu błędnego powinno spowodować wywołanie uczucia sytości, a w konsekwencji ograniczenie łaknienia i spadek masy ciała . Ze względu na rozmiary zwierząt doświadczalnych (szczury) nie jest możliwe zaadaptowanie do doświadczeń dostępnych na rynku urządzeń przeznaczonych do stosowania u ludzi. Dodatkowym problemem są wysokie ceny tego typu urządzeń, rozpoczynające się od poziomu kilku tysięcy euro za sztukę. Konieczne jest zatem konstruowanie urządzeń przeznaczonych specjalnie do omawianych zastosowań. Przedmiotem pracy jest opracowanie wszczepialnego, adaptatywnego neurostymulatora przeznaczonego do badań nad terapeutycznymi zastosowaniami neurostymulacji wegetatywnej na modelach zwierzęcych. Nowością opracowanego rozwiązania jest wyposażenie neurostymulatora w specjalizowany układ ASIC przeznaczony do ciągłego monitorowania aktywności nerwowej, w celu umożliwienia pracy urządzenia w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego, to jest generowania impulsów jedynie w sytuacji braku naturalnego sygnału sytości. Praca obejmuje analizę naturalnej sygnalizacji nerwu błędnego u szczurów oraz opracowanie technik filtracji i dyskryminacji sygnału w celu umożliwienia analizy statystycznej impulsacji nerwu błędnego szczura pod kątem sposobu kodowania naturalnego sygnału sytości. Wiedza ta jest następnie wykorzystywana do zaprojektowania układu ASIC do analizy aktywności nerwowej w czasie rzeczywistym. Ostatecznie układ ASIC zostaje zintegrowany jako element wszczepialnego, programowalnego i adaptatywnego neurostymulatora.

Abstract

Neurostimulation (or neuromodulation) is a therapeutic method operating on the principle of artificial stimulation of the patient’s nervous system with electric pulses. An electronic device implementing this function is called a neurostimulator. One of the areas of neurostimulation is vegetative neurostimulation, i.e. neurostimulation of the vegetative (autonomous) nervous system. In this area of particular interest is vagus nerve stimulation (VNS). One of the active research areas in VNS is treatment of obesity. The concept of using VNS for obesity treatment is based on the observation that the vagus nerve carries signals from the receptors in the gastrointestinal tract (in particular stomach) to the brain. Food intake causes activation of mechano- and chemo-receptors in the stomach, which results in an increase of vagus nerve activity. This increased activity is in turn interpreted by the brain as a satiety signal. Therefore, artificially introducing signals into vagus nerve should cause a feeling of satiety and diminishing hunger, resulting in decreased body weight. Because of the size of animals (rats) used as experimental models, it is impossible to adapt existing commercial human neurostimulators for animal experimentation. An additional problem is high price of human-certified systems, starting at thousands of euros per device. It was therefore necessary to construct a device made especially for such applications. The subject of the thesis is development of an implantable, adaptive neurostimulator destined for experimentation into therapeutic applications of vegetative neurostimulation on animal models. A novelty of this system is equipping it with a specialized ASIC circuit for on-line monitoring of neural activity, in order to allow for closed-loop operation, i.e. generating pulses only in the absence of the natural satiety signal. The thesis includes analysis of natural vagus nerve signals in rats, and development of techniques for filtering and discriminating of signals in order to allow statistical analysis of vagus nerve signaling for discovering the natural method of coding of the satiety signal. This knowledge is then used to develop an ASIC circuit for real-time monitoring of neural activity. Finally the ASIC circuit is integrated as an element of an implantable, programmable and adaptive neurostimulator.

Teza rozprawy

Na podstawie analizy sygnału z nerwu błędnego istnieje możliwość rozróżnienia stanu sytości osobnika

Recenzje pracy

recenzja_dr_hab._gacek.pdf

recenzja_dr_hab.machowski.pdf

Ważniejsze publikacje

1. Zaraska K.., Gaudyn J.: „Zastosowanie maszyny wirtualnej w neurostymulatorze wszczepialnym”, Elektronika, vol. LIV, nr. 2, str. 83-86 (2013).
2. Zaraska K., Gaudyn J.: „Autonomiczny, wszczepialny neurostymulator adaptywny w technologii LTCC”, Elektronika, vol. LIV, nr. 2, str. 86-89 (2013).
3. Zaraska K., Ziomber A., Ciesielczyk K., Bugajski A., Zaraska W., Thor P.: „Aktywność elektryczna nerwu błędnego u szczurów w zależności od stopnia sytości”, Folia Medica Cracoviensa, vol. LI, nr. 1-4, str. 5-17 (2011).
4. Zaraska K., Synkiewicz B., Gaudyn J.: „An Implantable Animal Neurostimulator in LTCC Technology”, Proceedings of the 48th International Conference on Microelectronics, Devices and Materials, Otocec, 19-21.09.2012, , , 2012, str. 275-278.
5. Jarosz A., Wąsowski J., Zaraska K.: „CMOS Circuit for Detection of Neural Impulses”, Proceedings of the 18th Int. Conf. Mixed Design of Integrated Circuits and Systems, Gliwice, 16-18.06.2011, , , 2011, str. 44-47.
6. Ziomber A., Juszczak K, Kaszuba-Zwoińska J., Machowska A., Zaraska K., Gil K., Thor P.: „Magnetically Induced Vagus Nerve Stimulation and Feeding Behavior in Rats”, Journal of Physiology and Pharmacology, vol. 60, nr. 3, str. 71-77 (2009).

2018/kzaraska/start.txt · ostatnio zmienione: 2018/03/15 12:05 przez Bogusław Juza