Bachelor's Thesis

Application for simulation of action potentials and membrane currents

Main document 2.14 MB Appendix 14.19 MB

FEKTBachelor's ThesisStudent: Ing. Lukáš KloubaAcad. year: 2014/2015

Leader: Larisa Baiazitova

Opponent: Ing. Vratislav Čmiel, Ph.D.

This thesis deals with the basic electronic processes in the cell membrane, the methods of measuring electrical processes and possible numerical solution of this problem. Simulation of action potentials and membrane currents is important to understand the basic electrical processes in the cell. The result of this thesis is a program which simulates the voltage clamp method. Program can depict basic membrane currents and manages to resolve the values according to user-specified parameters. Supplement of this thesis contains detailed user manual.

Language

Czech

State

Defended (thesis was successfully defended)

Hodnocení známka

A

Faculty

Department

Study branch

Biomedical Technology and Bioinformatics

Classification by leader
Larisa Baiazitova

Student se měl v práci seznámit s vlastnostmi bioelektrických signálu a metodami jejich měření. V teoretické části práce student sestavil kvalitní literární rešerši v oblasti základních matematických modelů, které umožňují simulovat chování různých fyziologických jevů na membráně buňky. Praktická část poté obsahuje realizaci samospustitelné aplikace vytvořené v programovacím prostředí C#, která umožňuje simulovat membránové napětí a jednotlivé proudové složky v experimentálním režimu „voltage clamp“ a nad rámec zadání v experimentálním režimu „current clamp“. Dále byl vytvořen detailní uživatelský manuál, který je možné využít ve výuce.
Během řešení zadání student pružně reagoval na vzniklé dílčí problémy, které byl vždy schopen samostatně řešit. Stejně tak reagoval i na návrhy ke zlepšení tvořeného programu a sám byl schopen přicházet s novými nápady. Student dle potřeby využíval konzultačních hodin, na které docházel připraven a vždy s věcnými dotazy. Použitá literatura je složena z relevantních zdrojů a obsahuje také velké množství zahraničních publikací, které si student vyhledal převážně samostatně.
I přes občasné neodborné vyjadřování je práce po formální stránce na velmi dobré úrovni. Zadání bakalářské práce považuji za splněné, přičemž část práce je rozšířena nad jeho rámec. Práci hodnotím stupněm A/95 bodů.

final grade: A
final score: 95


Classification by opponent
Ing. Vratislav Čmiel, Ph.D.

Studentova práce, dle zadání, je postavena ryze prakticky. Předpokládaným výsledkem je funkční softwarové vybavení realizující modelování z oblasti elektrofyziologie srdečního svalu na buněčné úrovni. Představená rešerše tak činí úvod do problematiky s přehledem používaných postupů a dále se již zabývá samotným modelováním a tvoří tak podklad pro implementované metody v programovém vybavení. Praktická část je velice dobře zpracována a popsána. Celá práce je přehledná, kapitoly mají jasnou návaznost a logickou stavbu.
Student programové vybavení vytvořil v jazyce C#, čímž výslednému programu dodává velkou užitnou hodnotu a umožňuje jeho další praktické využití. Program zahrnuje všechny prvky požadované v zadání, s množstvím možností nastavení vstupů a výsledných průběhů. Zahrnuje také doplňující praktické funkce, jako je přepínání průběhů, zoom nebo přepočet. V poslední části jsou dosažené výsledky přehledně prezentovány, programové vybavení je popsáno včetně obsaženého návodu.
Po formální a jazykové stránce je práce v pořádku, obsahuje jen drobné překlepy a stylistické chyby, jako jsou např. chybějící nebo nadbytečné mezery.
Celkově je práce na výborné úrovni.

final grade: A
final score: 90


Literature

[1] ŠIMURDA, Jiří. Bioelektrické jevy. Brno, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, VUT Brno. 2007. p. 1 - 72.
[2] HODGKIN, A. L., A. F. HUXLEY a Joseph FEHER. A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve. Bulletin of Mathematical Biology. 1990, vol. 52, 1-2, s. 236-238. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/b978-0-12-382163-8.00026-8.

Keywords

cell, cellular membrane, method current clamp, method voltage clamp, technique Patch Clamp Luo-Rudy, Hodgkin and Huxley, C#