Coordenador:

Dr. José Marino Neto

Instituto de Engenharia Biomédica (IEB-UFSC) e
Departamento de Ciências Fisiológicas (CFS-CCB-UFSC)
Universidade Federal de Santa Catarina
88040-900 Florianópolis SC
Fone: 48 3721 8760, 3721 8759, 3721 9352
Fax: 48 331 6910
marino@ccb.ufsc.br; marino@ieb.ufsc.br

Colaboradores:
Fernando Mendes de Azevedo (IEB-UFSC, D.Sc., Facultes Universitaires Notre Dame de La Paix, 1993)
Cilene Lino de Oliveira, Dr. (CFS-CCB, Dr., Max Planck Institut fuer experimentelle Medizin, Goettingen, Alemanha, 2006) Alunos de Mestrado/Doutorado dos Programas de Pós-Graduação em:
Engenharia Elétrica (IEB-UFSC, Depto de Engenharia Elétrica, CTC-UFSC)
Neurociências (Centro de Ciências Biológicas-UFSC)
Ciências Fisiológicas (Programa Multicêntrico, Depto. Ciências Fisiológicas, CCB-UFSC)
Alunos de graduação, estagiários e bolsistas de IC-CNPq.

Associado ao :

Tema

Como podemos usar as técnicas de modelamento abstrato, de análise e de síntese típicas das Engenharias (e as tecnologias disponíveis ou emergentes na área) para melhorar nosso entendimento dos sistemas neurobiológicos (Pesquisa), nossa atuação nos serviços de saúde associados (Extensão) e no aprendizado (Ensino) nas áreas relacionadas às neurociências ?

História

O Laboratório de Bioengenharia iniciou suas atividades em 2001 no IEB-UFSC, e surgiu como fruto de nove anos de colaboração científica entre o Laboratório de Informática em Saúde do IEB-UFSC e o Laboratório de Neurofisiologia Comparada, do Departamento de Ciências Fisiológicas do Centro de Ciências Biológicas da UFSC.

Objetivo

Desenvolver instrumentação (hardware e software) para o registro e análise de dados comportamentais e fisiológicos em laboratório. Estes instrumentos destinam-se a apoiar linhas de pesquisa em Neurociências com métodos que incluem a observação dos efeitos de drogas ou de manipulações neurais tanto sobre o comportamento quanto sobre sinais fisiológicos concomitantes.

Linhas de pesquisa:

1: ETHOWATCHER – Etografia, algoritmos de segmentação e descritores cinemáticos para análise do comportamento animal em laboratório.

O ETHOWATCHER® é um sistema de etografia (o registro contínuo e sistemático de variáveis comportamentais de um indivíduo ou de interações entre indivíduos) e de análise comportamental (tracking e outros dados morfológicos e cinemáticos das imagens do animal) baseados em processamento digital de imagens. Ele foi desenvolvido em nosso laboratório, está registrado no INPE e distribuído gratuitamente via internet (www.ethowatcher.ufsc.br) Este projeto visa desenvolver módulos de análise de imagem que permitam formas adequadas de segmentação do animal e de obtenção de descritores de imagem (morfológicos e cinemáticos) de mais de um objeto. Estes dados (descritores) visam auxiliar o estudo de redes neurais artificiais adequadas ao reconhecimento automático de padrões de comportamento animal em vídeos digitais (ver projeto 2).

 

2: APLICAÇÃO DE REDES NEURAIS ARTIFICIAIS DINÂMICAS NA CLASSIFICAÇÃO AUTOMÁTICA DE EVENTOS COMPORTAMENTAIS - Uso de descritores morfológicos e cinemáticos na identificação automática de comportamentos de animais

As Neurociências usam registros e quantificações do comportamento animal para examinar os mecanismos neurais de controle comportamental. Estes registros são geralmente realizados por um observador humano, e estão sujeitos a vieses de interpretação (e.g., cansaço, experiência, e ambigüidades entre as categorias). Nesta linha de pesquisa, examinamos o uso de descritores de imagens de vídeo (morfológicos: como área e comprimento; e cinemáticos, como distância percorrida e variação angular) como parâmetros de entrada de redes neurais artificiais (RNAs) estáticas e dinâmicas, na identificação automática de comportamentos de animais de laboratório (veja projeto 1). Os descritores são extraídos de comportamentos de ratos Wistar em arenas de campo aberto (por exemplo:locomoção, imobilidade, limpeza corporal, exploração do ambiente).

 

3: REGISTRO E CONTROLE À DISTÂNCIA DO COMPORTAMENTO E DE SINAIS FISIOLÓGICOS EM PEQUENOS ANIMAIS

Esta linha visa o desenvolvimento de uma rede de sensores (temperatura, barreiras ópticas, células de carga, incorporando conceitos de instrumentação distribuída) que transmita dados relativos a diversos aspectos de um comportamento/ambiente de animais (momento/quantidade de alimento/água ingerido; temperatura do ambiente e do animal e seu trânsito em diversos recintos). Os sensores transmitem dados digitais desde o ponto de medição, e o software dispõe de recursos úteis na interpretação, armazenamento e distribuição (para acionadores locais e remotos, via internet) dos dados registrados, através de ferramentas para criação de gráficos, estatísticas e banco de dados, e detectores de atividade/comportamento usando RNAs. Desenvolvimentos futuros incluirão a detecção e análise automática de imagens de vídeo (para classificação automática de comportamentos, ver projeto 2). Este sistema permitirá o gerenciamento e supervisão de experimentos em andamento medição contínua e simultânea no tempo destes fenômenos, além do teste de sistemas/arquiteturas para uso em monitoramento à distância.

 

4- DESENVOLVIMENTO DE UMA PLATAFORMA DE ENSINO PRÁTICO EM ENGENHARIA BIOMÉDICA - Inclui softwares e hardwares de apoio ao ensino de Fisiologia Humana para cursos nas áreas de Engenharia Biomédica e da Saúde

Os tutoriais interativos desenvolvidos principalmente por meio de software livre, usando recursos de inteligência artificial e disponibilizados como webservices. Neste projeto, realizado em parceria com o Prof. Dr. Fernando Mendes de Azevedo, do Laboratório de Informática Médica do IEB-UFSC, são desenvolvidos sistemas como os disponibilizados no PORTAL SAUDE+EDUCAÇÃO (http://www.saudeeducacao.ufsc.br/layout.php). Estes tutoriais são associados a equipamentos especiais para o ensino de processamento e transmissão de sinais biomédicos, nos quais alunos das Engenharias podem modificar uma série de parâmetros (amplificação, conversão, filtragem, transmissão sem fio) destes sinais e estudar as suas propriedades fundamentais.

Mais detalhes em http://www.tede.ufsc.br/teses/PEEL1248-D.pdf

Infraestrutura

O laboratório de Bioengenharia fica no quinto andar do Instituto de Engenharia Biomédica da UFSC (próximo ao Hospital Universitário) e conta com uma área construída de 120 m2 com ambientes para a Instrumentação (desenvolvimento de hardwares) e Software, além de Laboratórios de Eletrofisiologia, Registros comportamentais e de Imunoistoquímica.

Nestes ambientes, são disponibilizados microcomputadores, impressoras (laser e jato de tinta e multifuncionais), máquina fotográfica digital de alta resolução, máquina filmadora digital de alta resolução, gravadores de CD e DVD, estação gráfica e mesas digitalizadoras. O Laboratório possui fotomicroscópio óptico, aparelho estereotáxico, vibrátomo, lupas cirúrgicas, sistema de aquisição de sinais bioelétricos, sistemas de aquisição de dados comportamentais desenvolvidos no próprio laboratório, balanças, estufas, bomba peristáltica, agitador de tubos, destilador de água, freezer e geladeira.