{en=Energy Metabolism and Neuronal Electrical Activity: A Physiologically-Based Model for Brain Imaging} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=A ressonância magnética funcional (fMRI) é um método muito utilizado para estudar e avaliar processos neurais. Frequentemente, utiliza-se um contraste dependente do nível de oxigenação do sangue (BOLD), que se baseia na correlação entre a função de resposta hemodinâmica (HRF) e a actividade neuronal. Contudo, o efeito BOLD é ténue e os dados apresentam ruído, dificultando a análise desta informação. Assim, um conhecimento preciso do sinal BOLD a um estímulo neural é importante, para interpretar os dados de fMRI com confiança. Entre os principais mecanismos envolvidos, quatro componentes podem ser identificadas: i) o consumo de ATP, principalmente para restabelecer a homeostase iónica intra- e extracelular, que é degradada devido à actividade neuronal, ii) a regeneração de ATP, a fim de fornecer a energia necessária à célula, iii) consumo de oxigénio, para o metabolismo aeróbio, e a difusão de oxigénio através da barreira hematoencefálica, iv) a dinâmica do fluxo sanguíneo e os processos dilataçãao venosa. Nesta tese, é proposto um modelo fisiologicamente baseado para as duas primeiras componentes acima indicadas. O Modelo Neuro-Metabólico (NMM) estabelece a relação entre o metabolismo da energia e a correspondente actividade eléctrica neuronal, com o objectivo final de modelar a relação entre a dinâmica da oxigenação do sangue e a actividade neuronal. O NMM é afinado com informações fisiológicas obtidas na literatura. É um sistema linear de segunda ordem com pólo duplo e sem zeros, é capaz de descrever os mecanismos fisiológicos envolvidos na actividade neuronal e é útil para modelar a HRF global., en=Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) is a widely used method to study and evaluate brain neural processes. The most common fMRI technique employs the Blood-Oxygenation-Level-Dependent (BOLD) contrast, which is based on the correlation between the haemodynamic response function (HRF) and the neuronal activity. However, since the BOLD effect is small and data is noisy, analyzing this information is difficult. Therefore, an accurate knowledge of the response of the BOLD signal to a localized neural stimulus is critical, in order to interpret the fMRI data confidently. Among the overall mechanisms involved in this relation, four main components can be identified: i) Adenosine Tri-Phosphate (ATP) consumption, mainly in order to reestablish intra- and extracellular ionic homeostasis that are degraded due to the neuronal activity, ii) ATP regeneration, aiming at meet the cell energy demand, iii) oxygen (O2) consumption, for the aerobic energy metabolism, and blood-brain barrier O2 diffusion, iv) blood flow dynamics and venous dilation processes. In this thesis, it is proposed a physiologically-based model for first two components described above. Thus, the presented Neuro-Metabolic Model (NMM) establishes the relation between the energy metabolism and the corresponding neuronal electrical activity, with the ultimate goal of modelling the relationship between blood oxygenation dynamics and the neuronal activity. The NMM is tunned with physiological information obtained from the literature. It is a second order linear system with double pole and no zeros, is able to describe the physiological mechanisms involved in the neuronal activity and is useful to model the overall HRF.}

Discussão: dezembro 2, 2010, 16:0

Orientação

AUTOR

Ana Rita Laceiras Gafaniz (ist155763)

ORIENTADOR

João Miguel Raposo Sanches

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Auxiliar