Die Vorlesung „Bioelektrische Signale“ beschäftigt sich mit der Entstehung von elektrischen Signalen im Körper und den Möglichkeiten, wie diese gemessen, analysiert und modelliert werden können. Diese Inhalte werden sowohl auf Grundlage der physiologischen Prozesse, als auch anhand von mathematischen Modellen und Matlab-Praktika erarbeitet. Im einzelnen werden die folgenden Aspekte behandelt:
Grundlagen der elektrophysiologischen Vorgänge in elektrisch erregbaren Zellen, wie z. B. Herz- und Nervenzellen. Hierbei wird gezeigt, wie sich Ionenkanäle und die Zellmembran verhalten und wie sich so genannte Aktionspotentiale ausbilden. Analog dazu wird ein mathematisches Modell vorgestellt, mit dem sich die Eigenschaften der Ionenkanäle und der Zellmembran abbilden lassen.
Des Weiteren wird vorgestellt, wie ein elektrisches Signal von einer Zelle zur nächsten weitergeleitet wird und wie sich hieraus elektrische Felder im Körper ausbilden. Auch dieses Thema wird sowohl von der physiologischen als auch von der Modellierungsseite her beleuchtet. Die Modelle umfassen dabei Erregungsausbreitungsmodelle, Modelle der Körpergeometrie und Feldrechnungsmodelle.
Im Anschluss an diese Themen folgt ein Projekt mit Hilfe von Matlab. Hierbei geht es darum, das bis hierhin theoretisch erarbeitete in die Praxis umzusetzen. In 3 Schritten wird am Beispiel eines Modells einer Nervenzelle die Techniken zum Übertrag von realen "Systemen" in eine naturwissenschaftlich-mathematische Beschreibungsform geübt.
Der nächste Schwerpunkt beschäftigt sich mit der Messung der körpereigenen elektrischen Signale und deren Analyse. Es wird auf die einzelnen Messsysteme eingegangen, wie z. B. Elektrokardiographie und Elektroenzephalographie und eine theoretische Einführung in die Interpretation dieser Daten gegeben. Im Anschluss daran erfolgt ein zweites Matlab-Praktikum, bei dem die Biosignalverarbeitung praktisch vertieft wird.

Nützliche, aber nicht zwingende Grundlagen für diese Vorlesung sind die Vorlesungen der Physiologie & Anatomie I+II und Biomedizinische Messtechnik I+II. Des Weiteren ist es nützlich, wenn Sie Interesse an mathematischen Modellen zur Rekonstruktion von biologischen Systemen haben. Matlab-Kenntnisse sind hilfreich, es werden aber Beispiele zur Verfügung gestellt, damit ein einfaches Einarbeiten in Matlab möglich ist.

Die Folien zur Vorlesung werden einen Tag vor der Vorlesung auf ILIAS veröffentlicht. In jeder Vorlesung werden zusammenfassende Fragen ausgeteilt und in Gruppenarbeit besprochen. In der darauf folgenden Vorlesung werden Unklarheiten bei diesen Fragen vom Dozenten noch einmal aufgegriffen.
 

1. Einführung und Grundlagen
2. Zellmembran und Ionenkanäle
3. Elektrophysiologie der Zelle
4.-6. Matlab Praktikum Zellphysiologie
7. Ausbreitung von Aktionpotentialen
8. Messung bioelektrischer Signale: EKG, EEG
9. Biosignalverarbeitung
10.-12. Matlab Praktikum Biosignalverarbeitung
13. Numerische Feldrechnung im menschlichen Körper
14. Abbildung bioelektrischer Quellen