Analiza bioloških signalov

Opis predmeta

Signali, ki jih posnamemo na živih organizmih nosijo informacijo o procesih na molekulski ali celični ravni, ravni organov ali sistemski ravni. Različni biološki signali so na primer posnetki govora, elektrokardiogram (EKG), elektroencefalogram (EEG), elektroretinogram (ERG), elektrofiziološki posnetki na posameznih celicah, itd. Pogosto snemamo kombinacijo signalov, npr. signal fluorescence kot kazalca vsebnost kalcija v celicah, sočasno s signalom toka na plazmalemi. Podobno beležimo signale na poligrafu (detektor laži) ali polisomnografu za študije spanja. Biološki signali so sestavljeni iz signala in šuma. Pri predmetu bomo obravnavali osnove obdelave signalov v programskem jeziku Octave ali Matlab. Pri predmetu bomo uporabili realne signale za praktično uporabo analize časovnih sprememb bioloških spremenljivk. Uporabili bomo filtriranje, prileganje funkcij, povprečenje. Uporabili bomo primer študija profila fluorescenčne intenzitete. Šum pogosto povzroči močno variabilne profile. Filtriranje teh signalov zmanjšuje prostorsko ločljivost. Da bi se temu izognili, bomo uporabili povprečenje vrednosti sosednjih točk. V tem praktičnem primeru bomo uporabili diskretno Fourierjevo transformacijo (DFT) računano z algoritmom (FFT).

Cilji in kompetence

Pridobivanje osnovnih znanj za zajem podatkov, analogno-digitalno pretvorbo, obdelavo, analizo in interpretacijo rezultatov.

– zajem podatkov,

– vrednotenje in analiza šuma

– povprečenje, filtriranje, korelacija,

– meritve pojavov sprememb v signalu

– realni in kompleksni del analize Fourier, FFT, Bodejev diagram

Metode poučevanja in učenja

Predavanja, konzultacije, praktične demonstracije, seminarji in individualno projektno delo.

Predvideni študijski rezultati

Znanje in razumevanje:

– Praktična znanja za obdelavo signalov s pomočjo računalniških orodij.

– razumevanje temeljev bioloških signalov

– izbira ustrezne metodologije za obdelavo in analizo signalov.

Reference nosilca

prof. dr. Marko Kreft

MILOŠEVIĆ, Milena, STENOVEC, Matjaž, KREFT, Marko, PETRUŠIĆ, Vladimir, STEVIĆ, Zorica, TRKOV, Saša, ANDJUS, Pavle, ZOREC, Robert. Immunoglobulins G from patients with sporadic amyotrophic lateral sclerosis affects cytosolic Ca2+ homeostasis in cultured rat astrocytes. Cell calcium, ISSN 0143-4160, Jul. 2013, vol. 54, iss. 1, str. 17-25,

KABASO, Doron, JORGAČEVSKI, Jernej, COSTA CALEJO, Ana-Isabel, FLAŠKER, Ajda, GUČEK, Alenka, KREFT, Marko, ZOREC, Robert. Comparison of unitary exocytic events in pituitary lactotrophs and in astrocytes : modeling the discrete open fusion-pore states. Frontiers in cellular neuroscience, ISSN 1662-5102, Apr. 2013, vol. 7.

KABASO, Doron, GONGADZE, Ekaterina, JORGAČEVSKI, Jernej, KREFT, Marko, VAN RIENEN, Ursula, ZOREC, Robert, IGLIČ, Aleš. Exploring the binding dynamics of bar proteins. Cellular & molecular biology letters, ISSN 1425-8153, 2011, vol. 16, no. 3, str. 398-411 in S1-S8, ilustr.

KREFT, Marko, ZOREC, Robert, JANEŠ, Damjan, KREFT, Samo. Histolocalisation of the oil and pigments in the pumpkin seed. Annals of Applied Biology, ISSN 0003-4746, 2009, vol. 154, no. 3, str. 413-418. http://www3.interscience.wiley.com/journal/122376617/issue.

POTOKAR, Maja, KREFT, Marko, LEE, So-Young, TAKANO, Hajime, HAYDON, Philip G., ZOREC, Robert. Trafficking of astrocytic vesicles in hippocampal slices. Biochemical and biophysical research communications, ISSN 0006-291X, 2009, letn. 390, str. 1192-1196, doi: 10.1016/j.bbrc.2009.10.119.

KREFT, Samo, KREFT, Marko. Quantification of dichromatism : a characteristic of color in transparent materials. Journal of the Optical Society of America. A, Optics, image science, and vision, ISSN 1084-7529, 2009, letn. 26, št. 7, str. 1576-1551, doi: 10.1364/JOSAA.26.001576.

doc. dr. Gregor Belušič

BELUŠIČ, Gregor, PIRIH, Primož, STAVENGA, Doekele Gerben. A cute and highly contrast-sensitive superposition eye – the diurnal owlfly Libelloides macaronius. Journal of Experimental Biology, ISSN 0022-0949, 2013, vol. 216, str. 2081-2088.

RICHTER, David, KATZ, Ben, OBERACKER, Tina, TZARFATY, Vered, BELUŠIČ, Gregor, MINKE, Baruch, HUBER, Armin. Translocation of the Drosophila transient receptor potential-like (TRPL) channel requires both the N- and C-terminal regions together with sustained Ca2+ entry. The Journal of biological chemistry, ISSN 0021-9258, 2011, vol. 286, str. 34234-34243.

BELUŠIČ, Gregor, ZUPANČIČ, Gregor. Singing greeting card beeper as a finger pulse sensor. Advances in physiology education, ISSN 1043-4046, 2010, vol. 34, no. 2, str. 90-92.

BELUŠIČ, Gregor, PIRIH, Primož, STAVENGA, Doekele Gerben. Photoreceptor responses of fruitflies with normal and reduced arrestin content studied by simultaneous measurements of visual pigment fluorescence and ERG. Journal of comparative physiology. A, Sensory, neural, and behavioral physiology, ISSN 0340-7594, 2010, vol. 196, no. 1, str. 23-35.

BELUŠIČ, Gregor. ERG in Drosophila. V: BELUŠIČ, Gregor. Electroretinograms. Rijeka: InTech, 2011, str. 221-238, ilustr.

RUDOLF, Jerneja, MEGLIČ, Andrej, ZUPANČIČ, Gregor, BELUŠIČ, Gregor. Development and plasticity of mitochondria and electrical properties of the cell membrane in blowfly photoreceptors. Journal of comparative physiology. A, Sensory, neural, and behavioral physiology, 2014

Temeljni viri in literatura

R.B. Northrop:  Signals and Systems Analysis In Biomedical Engineering, 2. ed., CRC press (2009)

Izbrani članki iz revije Biomedical Signal Processing and Control, Elsevier