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https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/7243| Título : | Mejoramiento del aprendizaje en Física Biomédica a través de prácticas del laboratorio en electrofisiología |
| Autor : | MC KIERNAN, ERIN CHRISTY |
| Fecha de publicación : | 2019 |
| Resumen : | Técnicas electrofisiológicas se utilizan en laboratorios de investigación y clínicos para estudiar la biofísica celular o diagnosticar enfermedades. Los estudiantes que reciben educación en el área de las ciencias biomédicas deben estar familiarizados con la teoría subyacente, así como la aplicación práctica de dichas técnicas. Se propone el desarrollo de una serie de prácticas de laboratorio para enseñar a los estudiantes de Física Biomédica la instrumentación, técnicas de registro y habilidades relacionadas, tales como la disección, la preparación del tejidos, y el uso de microscopios. El año pasado, realizamos un proyecto PAPIME y logramos desarrollar varias prácticas de electrofisiología: (1) electromiografía básica, (2) electromiografía con espirometría simultánea, (3) electrocardiografía, (4) electrooculografía, y (5) prácticas en el análisis de datos electrofisiológicos. También comenzamos el desarrollo de prácticas avanzadas, incluyendo la instrumentación y el diseño de prótesis simples. El Comité de Evaluación que revisó nuestro informe final nos dio una evaluación positiva y nos sugirió “continuar con este proyecto para darle seguimiento a través de una nueva solicitud”. Este año nuestras metas son: (1) continuar con el desarrollo de prácticas avanzadas, (2) diseñar más prácticas utilizando combinaciones de técnicas, (3) traducir todos nuestros materiales educativos al inglés y español, (4) mejorar nuestro sitio web, añadiendo más prácticas, funcionalidad y versiones del sitio en las dos idiomas. Todas las prácticas se desarrollarán en forma escrita, y algunos incluirán videos instructivos. Serán compartidos en un repositorio abierto bajo licencias abiertas que permite la reutilización y modificación sin restricciones. Con estas prácticas, nuestro objetivo es mejorar la educación de los estudiantes en Física Biomédica mediante la integración de conocimientos teóricos y prácticos, y la creación de expertos en la electrofisiología. |
| URI : | http://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/7243 |
| metadata.dc.contributor.responsible: | MC KIERNAN, ERIN CHRISTY |
| metadata.dc.coverage.temporal: | 2019-2020 |
| metadata.dc.description.objective: | Objetivo general: Mejorar la formación de los estudiantes en Física Biomédica mediante el desarrollo de una serie de prácticas de laboratorio sobre técnicas electrofisiológicas y habilidades relacionadas, tales como la disección, la preparación del tejidos, y el uso de microscopios. |
| metadata.dc.description.hypothesis: | Prácticas de laboratorio de electrofisiología generarán un considerable interés por parte de los estudiantes, lo que ayuda a solidificar los conceptos presentados en clase y mejorar su desempeño académico. Esperamos que los estudiantes que completan estas prácticas se graduarán con las habilidades conceptuales y técnicas para desarrollar métodos de registro electrofisiológico y realizar registros electrofisiológicos en laboratorios de investigación o clínicas. |
| metadata.dc.description.strategies: | Se desarrollarán prácticas en las siguientes áreas: INSTRUMENTACIÓN En el laboratorio tenemos kits de Backyard Brains que permitan a los estudiantes construir dispositivos para el registro de los potenciales de acción en pequeños animales, electromiograma, y electrocardiograma. Armar los kits implica aprender sobre circuitos, construcción de electrodos, soldadura, y la programación de Arduino. Este año continuaremos con el desarrollo de esas prácticas de instrumentación, las cuales serían ideales para el curso de Instrumentación Biomédica del séptimo semestre de Física Biomédica. Además, nos gustaría desarrollar la siguiente práctica avanzada: Mano prostética sencillo: Podemos construir una mano sencillo de materiales muy ligeros con tendones de cuerda conectados a un mini motor. El motor se conecta a una interfaz construida utilizando el DIY Spikershield kit de Backyard Brains. La interfaz permite que el motor se controle mediante la contracción muscular, es decir, colocamos electrodos de superficie en el bícep y cada contracción mueve los dedos de la mano artificial. Podemos hacer la práctica más avanzada al pedirles a los estudiantes que conecten múltiples mini motores para controlar de forma independiente diferentes dedos. Este práctica sería ideal para el curso de Física del Cuerpo Humano del sexto semestre de Física Biomédica, o para proyectos individuales en la optativa de Electrofisiología. DISECCIÓN Registros electrofisiológicos requieren disección y preparación de tejidos. Se les enseñará manejo básico, limpieza y cuidado de las herramientas de disección y microdisección, el fijar de los preparativos para minimizar los daños y evitar el movimiento durante la grabación, y la extracción de órganos y tejidos específicos para el registro. Por ejemplo, nos gustaría desarrollar la siguiente práctica avanzada: Rebanadas de cerebro: Este práctica involucrará preparar soluciones para la perfusión y disección, que implica aprender como usar la balanza digital y el medidor de pH y ajustar pH de ser necesario. Después, los alumnos aprenderán como anestesiar los ratones o ratas, hacer la perfusión del tejido, y sacar el cerebro intacto. Finalmente, aprenderán como usar una vibratoma para obtener rebanadas delgadas de distintos areas del cerebro. Este práctica sería ideal para alumnos en los últimos semestres de Física Biomédica, por ejemplo, los que toman la optativa de Electrofisiología. MICROSCOPIOS Y IMAGENOLOGÍA El el laboratorio nos contamos con tres microscopios para disección con 20-40x aumento, y un microscopio con hasta 100x aumento. Este último tiene una cámara digital que conecta a una pantalla para que grupos de alumnos pueden visualizar tejidos y células y podemos guardar imágenes para análisis. Una práctica avanzada que nos gustaría desarrollar es una continuación del anterior. Después de preparar la rebanadas del cerebro, podemos transferirlas al microscopio. Los alumnos practicarán identificando diferents áreas del cerebro y tipos de neuronas, como las piramidales. Este práctica sería ideal para el módulo de Sistema Nervioso en el curso de Morfofuncional II en el cuarto semestre de Física Biomédica. Por el tamaño del grupo (20-30 alumnos) podemos hacer que un alumno de un semestre más avanzado prepara las rebanadas y los alumnos de Morfo trabajarán en grupos para estudiarlas en microscopio. REGISTROS ELECTROFISIOLÓGICOS El año pasado, compramos varios equipos para hacer registros de electromiograma, electrocardiagrama, y más. Este año, nos gustaría desarrollar varias prácticas con estos aparatos que combinan la electrofisiología con otras medidas fisiológicas. Por ejemplo: electromiogramas con sensores de fuerza, electrocardiagramas con sensores de respiración y gas. También, planeamos desarrollar las siguientes prácticas avanzadas: Electromiogramas simultáneos de doble canal: Estos registros se realizarán utilizando el Backyard Brains Muscle SpikerBox Pro de dos canales. Podemos registrar de pares de músculos antagonistas como bícep y trícep durante diferentes tipos de ejercicio. Esta práctica ayudaría a los alumnos entender como trabajan los músculos en conjunto para mover diferentes partes del esqueleto (la biomecánica), y la relación con señales eléctricas. También, podemos registrar reflejos musculares y tiempos de reacción. Esas prácticas serían ideales para el módulo de Sistema Músculoesquelético en Morfo II. Patch clamp: El registro ‘patch clamp’ es una de las técnicas más usados en la electrofisiología para el estudio de propiedades biofísicas de las células excitables. Nuestro laboratorio cuenta con el equiponecesario. Los alumnos aprenderán como preparar las rebanadas, oxigenar el tejido, fabricar los electrodos, y hacer los registros en modo de ‘current clamp’ y ‘voltage clamp’. Esta práctica sería solamente para los alumnos más avanzados, por ejemplo los que hacen su Práctica Profesional Supervisada (opción de titulación en Física Biomédica). |
| metadata.dc.description.selfAssessment: | Considero que hemos avanzado mucho con el proyecto, desarrollando 23 prácticas experimentales y de análisis de datos relacionadas con técnicas electrofisiológicas que incluyen electromiograma, electrocardiograma, y electrooculograma. Hemos tenido éxito al poner a prueba estas prácticas con estudiantes de varias materias que parecen disfrutar realmente de las experiencias de aprendizaje práctico proporcionadas. A partir de este proyecto, hemos generado una serie de productos, que incluyen (1) un repositorio en línea en GitHub (https://github.com/emckiernan/electrophys) con protocolos, datos y códigos abiertos, (2) un sitio web de Wordpress (https://electrophys.wordpress.com/) con materiales educativos que son fáciles de acceder, leer y compartir, (3) presentaciones de pósters en simposios de investigación estudiantil, (4) un protocolo avanzado de disección cerebral publicado en un repositorio en línea (dx.doi.org/10.17504/protocols.io.bggujtww), (5) 2 becas estudiantiles y 2 servicios sociales en curso, (6) un borrador de artículo para publicación (https://figshare.com/s/4aaf27b5585d43b8071d), y más. Además, otros profesores han podido utilizar nuestros materiales, mejorando las experiencias de aprendizaje de sus alumnos. A pesar de todo esto, todavía hay mucho más que podemos hacer para mejorar nuestras prácticas, terminar con toda la documentación y las traducciones de varias de nuestras prácticas en desarrollo, y documentar mejor nuestros datos y código. Aunque el proyecto ha concluido oficialmente, continuaremos trabajando en estos aspectos durante todo este año. |
| metadata.dc.description.goalsAchieved: | En total hemos desarrollado 23 prácticas de electrofisiología, de las cuales 12 son prácticas experimentales y 11 son de análisis de datos. De las prácticas experimentales, 5 están completas con todo su documentación y datos abiertos y 7 están en desarrollo. Las prácticas en desarrollo llevan bastantes avances: todas han sido piloteados con alumnos, tenemos borradores para su documentación escrita y subimos los datos originales a nuestro repositorio en GitHub. Anexamos un informe detallado en que describimos cada práctica con sus objetivos de aprendizaje, su estado de desarrollo y dónde se puede encontrar los materiales educativos correspondientes en GitHub (https://github.com/emckiernan/electrophys) y Wordpress (https://electrophys.wordpress.com/). En breve, las prácticas experimentales son: (1) Protocolo para obtener cortes cerebrales de roedores para registros electrofisiológicos o estudios neuroanatómicos (2) Electromiografía: registrando de la actividad eléctrica de músculos esqueléticos en los sistemas de palanca del cuerpo (3) Investigando la biofísica de la respiración usando electromiografía y espirometría (4) Investigando los movimientos del ojo usando electrooculografía (5) Conceptos básicos de electrocardiografía: registrando la actividad eléctrica del corazón antes y después del ejercicio (6) Visualización e identificación de estructuras y células cerebrales (7) Cambio en la actividad eléctrica del bíceps debido a la fatiga (8) Electromiograma de músculos del antebrazo a distintas fuerzas (9) Electrofisiología de la acción muscular en músculos antagonistas (10) Desarrollo de una mano con movimiento a partir de un EMG (11) El ritmo cardíaco y la respiración (12) El ritmo cardíaco y la espirometría Las prácticas de análisis de datos son: (1) Graficando y explorando los datos EMG (2) Filtrando y analizando los datos EMG (3) Cuantificación de la fatiga muscular a partir de registros EMG (4) Graficando y analizando datos ECG (5) Reconstrucción de plano fase a partir de registros de ECG (6) Python básico (7) Extracción y visualización inicial de datos (8) Filtrar amplitudes y obtener derivadas de los datos (9) Análisis en ventanas de tiempo (10) Medidas de autocorrelación e introducción al análisis de Fourier (11) Analisis de datos EEG usando análisis de componentes principales |
| metadata.dcterms.provenance: | Fac. Ciencias |
| metadata.dc.subject.DGAPA: | Medicina |
| metadata.dc.type: | Proyecto PAPIME |
| Aparece en las colecciones: | 2. Área de las Ciencias Biológicas, Químicas y de la Salud |
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