Dados da Disciplina

INSTITUTO DE ENSINO E PESQUISA ALBERTO SANTOS DUMONT
Neuroengenharia (33280010001P2)
NEUROMODULAÇÃO
NMO
001
4
23/09/2014 à -
Não
A neuromodulação consiste no uso de agentes químicos, biológicos ou físicos para restabelecer, modular, inibir ou aumentar as funções do sistema nervoso. Ela pode ser feita de maneira não invasiva ou de maneira invasiva, como através de implante de dispositivos no sistema nervoso, central ou periférico, que liberam um agente químico, ou físico. Exemplos de agentes químicos são moduladores de canais iônicos; e de físicos, a estimulação elétrica. A neuromodulação com estimulação elétrica tem sido utilizada atualmente para tratamento de Parkinson, tremor essencial, dor crônica, epilepsia, deficiência auditiva (surdez), depressão, distonia, síndrome de Tourette e transtorno obsessivo-compulsivo. Além destas doenças e desordens, inúmeras outras estão sob investigação. Obesidade e desordens alimentares, zumbido, acidente vascular encefálico (AVE), coma, paralisias e déficits motores, deficiência visual (cegueira) e angina pectoris são exemplos de desordens que são focos de estudos que avaliam a eficácia clínica de diversas terapias de neuromodulação para os pacientes. Outro ramo da pesquisa nessa área é o desenvolvimento tecnológico de novos equipamentos e produtos ou o aperfeiçoamento dos já existentes, como dimensão e formato de microeletrodos e materiais biocompatíveis. Os estudos de desenvolvimento tecnológico planejam e testam conceitos que signifiquem uma evolução do estado atual dos atuais neuromoduladores, construindo os que serão utilizados nas próximas décadas. O desenvolvimento de neuromoduladores requer investigações e desenvolvimentos de dispositivos específicos aos locais de acesso no sistema nervoso central e periférico. Estas pesquisas avançadas em neuromodulação podem superar o conhecimento atual para além da expectativa de dispositivos para intervenção em alterações ou distúrbios instalados, para novas aplicações e prevenção por meio de sistemas inteligentes de realimentação do sistema nervoso. Competências: I – Domínio da Neurociência e Engenharia Biomédica – Aplicar os conhecimentos da engenharia em neurociência; II – Domínio Científico - Pesquisar e realizar experimentos com rigor científico para solucionar problemas, buscando a inovação. III – Criação e Desenvolvimento de Sistemas aplicados - Projetar, desenvolver e implementar sistemas computacionais objetivando a integração de recursos físicos e lógicos. IV – Aptidões de Ensino – Desenvolver domínio pedagógico associado a conhecimentos da neuromodulação, apto a aplicar o conhecimento em nível fundamental e de ensino superior. V – Trabalho em Equipe – Desenvolver a habilidade de trabalhar em um ambiente colaborativo. VI – Transformação da Sociedade – Utilizar os conhecimentos adquiridos para causar transformações sociais, propondo melhoria e aplicações práticas. VII – Formação Ética – Desenvolver princípios éticos para o uso da neuromodulação em pacientes e animais. Objetivos de Aprendizagem: - Esta disciplina tem por objetivo principal fornecer ao aluno uma visão ampla do desenvolvimento atual da Neuroengenharia envolvida em Neuromodulação das principais áreas que a compõem, das atuais e potenciais aplicações clínicas, e quais são os principais desafios que enfrenta. Instrumentação biomédica em neuromodulação e física médica, técnicas de estimulação do sistema nervoso. Conteúdo temático: • i. Visão Geral da Neuroengenharia em Neuromodulação • ii. Princípios físicos da estimulação elétrica do Sistema Nervoso, aplicações clínicas e em pesquisas: • Estimulação magnética transcraniana (TMS) • Estimulação transcraniana por corrente contínua (tDCS) • Estimulação transcraniana por corrente alternada (tACS) • Estimulação transcraniana por corrente senoidal (tSCS) • Estimulação transcraniana por ruído randômico (tRNS) • Estimulação Cerebral Profunda (DBS) e superficial • Estimulação da Medula Espinal (SCS) e do gânglio da raiz dorsal • Estimulação do Nervo Periférico (PNS) • Estimulação do nervo vago e sacral • Estimulação coclear • Neuromodulação e Indústria • Optogenética e farmacogenética • Ética em Neuromodulação • Perspectivas em Neuromodulação
Bibliografia Básica: - Vincent Walsh, Alvaro Pascual-Leone, TMS - A Neurochronometrics of Mind, 2005 - Walter Paulus (2011): Transcranial electrical stimulation (tES - tDCS; tRNS, tACS) methods, Neuropsychological Rehabilitation: An International Journal, 21:5, 602-617 Bibliografia Complementar: - Barolat G. Epidural Spinal Cord Stimulation: Anatomical and Electrical Properties of the Intraspinal Structures - Relevant to Spinal Cord Stimulation and Clinical Correlations. Neuromodulation (1998) 1: pp. 63-71. - Courtine G, Gerasimenko Y, van den Brand R, Yew A, Musienko P, Zhong H, Song B, Ao Y, Ichiyama RM, Lavrov I, Roy RR, Sofroniew MV & Edgerton VR. Transformation of nonfunctional spinal circuits into functional states after the loss of brain input. Nat Neurosci (2009) 12: pp. 1333-1342. - Daly JJ & Wolpaw JR. Brain-computer interfaces in neurological rehabilitation. Lancet Neurol (2008) 7: pp. 1032-1043. - Fénelon G, Goujon C, Gurruchaga J, Cesaro P, Jarraya B, Palfi S & Lefaucheur J. Spinal cord stimulation for chronic pain improved motor function in a patient with Parkinson's disease. Parkinsonism Relat Disord (2011) - Fuentes R, Petersson P, Siesser WB, Caron MG & Nicolelis MAL. Spinal cord stimulation restores locomotion in animal models of Parkinson's disease. Science (2009) 323: pp. 1578-1582. - Grillner S, Hellgren J, Ménard A, Saitoh K & Wikström MA. Mechanisms for selection of basic motor programs--roles for the striatum and pallidum. Trends Neurosci (2005) 28: pp. 364-370. - Grillner S. The motor infrastructure: from ion channels to neuronal networks. Nat Rev Neurosci (2003) 4: pp. 573-586. - Harkema S, Gerasimenko Y, Hodes J, Burdick J, Angeli C, Chen Y, Ferreira C, Willhite A, Rejc E, Grossman RG & Edgerton VR. Effect of epidural stimulation of the lumbosacral spinal cord on voluntary movement, standing, and assisted stepping after motor complete paraplegia: a case study. Lancet (2011) 377: pp. 1938-1947. - Holsheimer J. Which Neuronal Elements are Activated Directly by Spinal Cord Stimulation. Neuromodulation (2002) 5: pp. 25-31. - Horgan J. The Forgotten Era of Brain. Scientific American (2005) - Kaas JH, Qi H, Burish MJ, Gharbawie OA, Onifer SM & Massey JM. Cortical and subcortical plasticity in the brains of humans, primates, and rats after damage to sensory afferents in the dorsal columns of the spinal cord. Exp Neurol (2008) 209: pp. 407-416. - Lebedev MA & Nicolelis MAL. Brain-machine interfaces: past, present and future. Trends Neurosci (2006) 29: pp. 536-546. - Linderoth B & Foreman RD. Physiology of Spinal Cord Stimulation: Review and Update. Neuromodulation (1999) 2: pp. 150-164. - Micera S, Rossini PM, Rigosa J, Citi L, Carpaneto J, Raspopovic S, Tombini M, Cipriani C, Assenza G, Carrozza MC, Hoffmann K, Yoshida K, Navarro X & Dario P. Decoding of grasping information from neural signals recorded using peripheral intrafascicular interfaces. J Neuroeng Rehabil (2011) 8: p. 53. Oakley JC & Prager JP. Spinal cord stimulation: mechanisms of action. Spine (2002) 27: pp. 2574-2583. - Oluigbo CO & Rezai AR. Addressing neurological disorders with neuromodulation. IEEE Trans Biomed Eng (2011) 58: pp. 1907-1917. - Tehovnik EJ. Electrical stimulation of neural tissue to evoke behavioral responses. J Neurosci Methods (1996) 65: pp. 1-17. - Di Lazzaro V, Pilato F, Dileone M, Profice P, Oliviero A, Mazzone P, Insola A, Ranieri F, Meglio M, Tonali PA, Rothwell JC( 2008) The physiological basis of the effects of intermittent theta burst stimulation of the human motor cortex. J Physiol 586: 3871–3879. - Kobayashi M, Pascual-Leone A (2003) Transcranial magnetic stimulation in neurology. Lancet neurology; 2(3): 145-56. - Terao Y, Ugawa Y (2002) Basic mechanisms of TMS. Journal of clinical neurophysiology: official publication of the American Electroencephalographic Society; 19(4): 322-43. - Bikson M, Datta A, Elwassif M (2009) Establishing safety limits for transcranial direct current stimulation. Clinical neurophysiology: official journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology; 120(6): 1033-4. Links de Internet: https://www.imaios.com/en/e-Anatomy http://www.med.harvard.edu/AANLIB/home.html http://portal.brain-map.org/ https://www.mccauslandcenter.sc.edu/crnl/

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