Naslov (eng)

Decoding neural mechanisms using in silico and animal models for restoring somatosensory feedback with neuroprostheses : doctoral dissertation

Autor

Katić, Natalija, 1995-

Doprinosi

Janković, Milica, 1979-
Raspopović, Staniša, 1983-
Đurović, Željko, 1964-
Kvaščev, Goran, 1975-
Saranovac, Lazar, 1966-

Opis (srp)

Aмпутација екстремитета сматра се трагичним догађајем који значајно утиче наздравље и квалитет живота особе. Иако је соматосензорни осећај изузетно важан закоординацију покрета, комерцијално доступне протезе не преносе пацијентуинформацију о интеракцији са подлогом, или позицији уда у простору. Уследнедостатка осећаја из стопала, брзина хода се смањује, јавља се несиметричан ход,замор се последично повећава, и то често доводи до великих кардиоваскуларнихпроблема. Због наведеног, пуно се улаже у развој неуропростетичких система који биомогућили пацијентима да осећају одговарајуће сензације са периферије. Ранијестудије показале су да је електричном стимулацијом могуће обновити осећај додира,али је природност осећаја била мала и слична непријатној парестезији. Као додатанизазов јавља се немогућност робусног обнављања осећаја проприоцепције.Ова теза има за циљ да дефинише одговарајући језик за комуникацију са нашимнервним системом како би се повратио осећај што ближи природном. Развијен је „insilico“ модел који опонаша рад механорецептора на стопалу који механички стимулуспресликава се у специфичан одговор нервних влакана и служи као полазна тачка задефинисање биомиметичких типова стимулације. Ефекти нервне стимулацијеразличитим парадигмама у кичменој мождини и кортексу, као и њихов начинпреноса од периферног до централног нервног система, проучавани су токомексперимената на животињама. Крајњи исход студије је концепт за креирањебиомиметичких типова стимулације: нове парадигме треба базирати на предикцијимодела, примарно тестирати приступ на животињама и коначно потврдитиперформансе у клиничким студијама на људима. Представљени резултати истичуважност биомимикрије и омогућавају превазилажење недостатака и напредак уразвоју неуропротетичких система.

Opis (eng)

Limb amputation is a tragic event that significantly alters patient’s quality of life. Althoughsomatosensory feedback is a crucial for motor control and coordination, currently availableprostheses are lacking information about the ground interaction or limb position. Becauseof that, amputees are prone to falls and asymmetrical walking, causing higher fatigue andbig cardiovascular problems. Efforts are made to develop a neuroprosthetic device that isable to restore missing sensations. Previous studies demonstrated the ability to restore touchsensation with electrical stimulation, but the naturalness of resulting sensation was limitedand often described as unpleasant paresthesia. Restoring the proprioception, sense aboutthe position of the limb, still remains as a big challenge.This thesis aims to define the proper language to communicate with our nervous system, inorder to restore close-to-natural sensory feedback. A computational model of foot soleafferents neural responses was developed and biomimetic paradigms mimicking the naturalfeatures of touch designed on its output. Animal models were used for studying the effectsof nerve stimulation with different patterns on resulting neural responses along thesomatosensory axes, and understanding transmission of artificially induced informationfrom peripheral to the central nervous system. Translational framework for creating newbiomimetic strategies is a final outcome of the study. Results imply that the new patternsdesign should be model-driven, developed approach tested in animals as a proof of concept,and finally validated in the clinical human experiments. Our evidences highlight theremarkable impact of biomimicry, while also holding immense promise in revolutionizingneuroprosthetics.

Opis (eng)

technical sciences, electrical engineering - biomedical engineering / техничке науке, електротехника - биомедицинско инжењерство Datum odbrane: 01.11.2023.

Jezik

srpski

Datum

2023

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY-NC-ND 3.0 AT - Creative Commons Autorstvo - Nekomercijalno - Bez prerada 3.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/at/legalcode

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Veštačka inteligencija. Robotika

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Biomedicinska tehnika

неуропростетика, бионичка протеза, соматосензорни осећај, неуромодулација, биомиметичке парадигме, рачунарско моделирање, проприоцепција, кичмена мождина, соматосензорни кортекс

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Veštačka inteligencija. Robotika

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Biomedicinska tehnika

neuroprosthetics, bionic prostheses, somatosensory feedback, neuromodulation, biomimetic paradigms, computational modeling, proprioception, translational framework, spinal cord, somatosensory cortex