Electromagnetic characterization of living action potential

Abstract

Brain imaging is a vanguard and promising topic with uncountable applications in several fields. This project is driven by the development of a new brain imaging technique that could provide activity information with spatial resolution using microwaves. Being cognition based on the action potential phenomenon, in order to see whether its effects on the dielectric properties of the medium are visible, a plant capable of propagating action potentials is used as experimental subject, constituting the main body of the thesis. With the experimental results, the investigation is taken to the next step on actual neurons in neuronal cultures whose results will determine whether the method is viable or not. In this thesis there can be found, first, a theoretical introduction on action potentials in both human neurons and plants. Then, there is a thorough explanation of the different experiments designed in order to detect plant action potentials in two different simultaneous ways together with the discussion of the obtained results and possible setup enhancements. Finally, there is the design of the experiments with neuronal cultures optimized with the collected information from the plant experiments in order to achieve better results.

El imaging cerebral es un tema de vanguardia con incontables aplicaciones en un vasto rango de campos. Este proyecto está motivado por el desarrollo de una nueva técnica de imagin cerebral basada en microondas que podría aportar información sobre la actividad neuronal con resolución espacial. Siendo que la cognición está basada en potenciales de acción, para ver si los efectos que genera un potencial de acción sobre las propiedades dieléctricas del medio son visibles, se usa una planta capaz de generar potenciales de acción para llevar a cabo los experimentos. A partir de los resultados experimentales, la investigación se lleva al siguiente nivel usando neuronas de un cultivo neuronal. En este trabajo se encuentra, primero, una introducción teórica en potenciales de acción neuronales y de la planta. Entonces, hay una explicación detallada de los experimentos relizados con tal de detectar potenciales de acción de dos maneras distintas simultáneamente junto a la discusión de resultados y posibles mejoras de los experimentos. Finalmente, se encuentra el diseño de los experimentos para cultivos neuronales optimizados según la información obtenida de los experimentos con plantas para obtener mejores resultados.

El "brain imaging" és un tema de vanguardia amb incomptables aplicacions a un gran rang de camps. Aquest projecte està motivat pel desenvolupament d'una nova tècnica d'imaging cerebral per mitjà de microones que podria aportar informació sobre l'activitat neuronal amb resolució espaial. Essent que la cognició està basada en potencials d'acció, per tal de veure si els effectes que genera el potencial d'acció a les propietats dielèctriques del medi són visibles, es fa servir una planta capaç de generar potencials d'acció per dur a terme les mesures. Amb els resultats experimentals, la investigació es porta al següent nivell fent servir neurones en un cultiu neuronal. En aquest treball es troba, primer, una introducció teòrica en potencials d'acció neuronals i en la planta. Llavors, hi ha una explicació detallada dels experiments realitzats per tal de detectar els potencials d'acció de dues maneres simultàniament junt amb la discussió dels resultats i possibles millores a l'experiment. Finalment, es troba el disseny dels experiments per cultius neuronals optimitzats seguint la informació obtinguda dels experiments amb la planta per obtenir millors resutlats.