Titelaufnahme

Titel
An application for learning and teaching extracellular stimulation of axons / von Simon M. Danner
VerfasserDanner, Simon M.
Begutachter / BegutachterinRattay, Frank
Erschienen2011
Umfang83 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2011
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Computersimulation / Nerven / extrazelluläre Stimulation / Aktivierungsfunktion,
Schlagwörter (EN)Computersimulation / neurons / extracellular stimulation / activating function
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-38452 Persistent Identifier (URN)
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An application for learning and teaching extracellular stimulation of axons [2.14 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die elektrische Stimulation des Nervensystems spielt eine wichtige Rolle in der heutigen medizinischen Forschung und Praxis.

Muskeln können stimuliert werden um Inaktivitätsatrophie vorzubeugen, krankheitsbedingt eingeschränkte Fähigkeiten können verbessert werden und das Nervensystem kann erforscht werden.

Um all diese Anwendungen in angemessener Weise einzusetzen, ist es wichtig die zugrundeliegenden Mechanismen der elektrischen Stimulation des Nervensystems zu verstehen. Es gibt mathematische Modelle von Neuronen, die die Auswirkung des elektrischen Feldes auf die Nerven biologisch korrekt mit Differenzialgleichungen beschreiben. Solche Modelle können zum Beispiel dazu verwendet werden, um die Schwellenwerte der Aktivierung und die Weiterleitung von Aktionspotentialen zu beschreiben. Daher bieten uns solche Modelle eine Möglichkeit die elektrische Stimulation ohne komplizierte Experimente zu untersuchen und lehren.

In dieser Arbeit wird die Theorie von Axonmodellen und deren künstlichen elektrischen Stimulation beschrieben. Weiters wird ein Programm vorgestellt, das erlaubt mit intra- und extrazellulärer Stimulation von Axonen zu experimentieren. Parameter können variiert werden um deren Einfluss zu verstehen. Das Ziel der Arbeit ist es, ein Programm bereitzustellen, welches Studenten erlaubt, durch experimentieren, die Funktion der künstlichen Stimulation und die Eigenschaften der Modelle zu lernen.

Zusammenfassung (Englisch)

Electrical stimulation of the nervous system plays a major role in todays medical research and practice. Muscles can be stimulated to avoid disuse, impaired function can be improved by targeted stimulation of certain nerves, and brain and spinal cord function can be researched.

To appropriately apply these techniques, it is essential to understand the underlying mechanisms involved in the artificial activation of the central and peripheral nervous system by electrical stimulation. Complex nerve fiber models exist that describe the influence of the applied electrical field on the neurons. These models can be used to calculate, for example, excitation thresholds and action potential propagation and thus offer the possibility to study the electrical stimulation without complicated experiments.

In this work, the theory of neuron and axon models and the mode of their artificial electrical activation are explained. An application is presented that allows to experiment with two commonly used axon models.

Parameters can be varied and thresholds can be calculated. The goal is to provide an application with which students and interested people can learn the properties of electrical stimulation and the differences between commonly used axon models. The application is designed to offer as much freedom to the user as possible, in order to enable a learning by experimenting approach.