Потенциал местного поля - Википедия - Local field potential

Потенциалы местного поля (LFP) представляют собой временные электрические сигналы, генерируемые в нервной и других тканях суммированной и синхронной электрической активностью отдельных клеток (например, нейронов) в этой ткани. LFP - это «внеклеточные» сигналы, что означает, что они генерируются временным дисбалансом концентраций ионов в пространствах вне клеток, который является результатом электрической активности клетки. LFP являются «локальными», потому что они регистрируются электродом, расположенным рядом с генерирующими ячейками. В результате Закон обратных квадратов такие электроды могут «видеть» потенциалы только в пространственно ограниченном радиусе. Это «потенциалы», потому что они генерируются напряжением, возникающим в результате разделения зарядов во внеклеточном пространстве. Они являются «полевыми», потому что разделение межклеточных зарядов по существу создает локальное электрическое поле. LFP обычно записываются с высоким импедансом. микроэлектрод помещен посреди популяции клеток, генерирующих его. Их можно регистрировать, например, с помощью микроэлектрода, помещенного в мозг анестезированного животного или в in vitro мозг тонкий ломтик.

Фон

Во время регистрации локального потенциала поля сигнал записывается с помощью внеклеточный микроэлектрод размещены достаточно далеко от отдельных местных нейроны для предотвращения каких-либо конкретных клетка от доминирования электрофизиологического сигнала. Тогда этот сигнал фильтр нижних частот, отсечка на ~ 300 Гц, чтобы получить потенциал локального поля (LFP), который может быть записан электронно или отображен на осциллограф для анализа. Низкое сопротивление и расположение электрод позволяет активности большого количества нейронов вносить свой вклад в сигнал. Нефильтрованный сигнал отражает сумму потенциалов действия клеток в пределах 50-350 мкм от кончика электрода.[1][2] и более медленные ионные события в пределах 0,5–3 мм от кончика электрода.[3] Фильтр нижних частот удаляет шип составляющая сигнала и проходит нижнюю частота сигнал, LFP.

Вольтметр или аналого-цифровой преобразователь, к которому подключен микроэлектрод, измеряет разность электрических потенциалов (измеряется в вольт ) между микроэлектродом и электродом сравнения. Один конец электрода сравнения также подсоединяется к вольтметру, а другой конец помещается в среду, которая является непрерывной с внеклеточной средой и по своему составу идентична ей. В простом жидкость, без биологический компонент присутствуют небольшие колебания измеренной разности потенциалов вокруг точка равновесия, это известно как тепловой шум. Это происходит из-за беспорядочного движения ионов в среде и электронов в электроде. Однако при размещении в нервная ткань открытие ионного канала приводит к чистому потоку ионов в клетку из внеклеточной среды или из клетки во внеклеточную среду. Эти локальные токи приводят к большим изменениям электрического потенциала между локальной внеклеточной средой и внутренней частью регистрирующего электрода. Таким образом, общий зарегистрированный сигнал представляет собой потенциал, вызванный суммой всех локальных токов на поверхности электрода.

Синхронизированный ввод

Считается, что потенциал локального поля представляет собой синхронизированный ввод в наблюдаемую область, в отличие от шип данные, представляющие выход из области. В LFP высокочастотные колебания разности потенциалов отфильтровываются, оставляя только более медленные колебания. Быстрые колебания в основном вызваны короткими входящими и исходящими токами потенциалов действия, в то время как прямой вклад потенциалов действия минимален в LFP. Таким образом, LFP состоит из более устойчивых токов в ткани, таких как синаптический и сомато -дендритный токи. Модели, управляемые данными, показали прогностическую связь между LFP и всплесками активности.[4] Считается, что основные медленные токи, участвующие в генерации LFP, аналогичны тем, которые генерируют постсинаптический потенциал (PSP). Первоначально считалось, что ВПСП и IPSP были исключительными составляющими LFP, но позже было обнаружено, что явления, не связанные с синаптическими событиями, вносят вклад в сигнал (Kobayashi 1997).[5]

Геометрическое расположение

Какие ячейки вносят вклад в медленные вариации поля, определяется геометрической конфигурацией самих ячеек. В некоторых клетках дендриты обращены в одну сторону, и сома другой, такой как пирамидные клетки. Это известно как геометрическое расположение открытого поля. При одновременной активации дендритов сильный диполь производится. В камерах, где дендриты устроены больше радиально, разность потенциалов между отдельными дендритами и сомой имеет тенденцию компенсироваться диаметрально противоположными дендритами. В результате чистая разность потенциалов по всей клетке при одновременной активации дендритов имеет тенденцию быть очень маленькой. Таким образом, изменения в потенциале локального поля представляют собой одновременные дендритные события в ячейках в конфигурации открытого поля.

Низкочастотная фильтрация внеклеточного пространства

Часть фильтрация нижних частот появление потенциалов локального поля связано со сложными электрическими свойствами внеклеточного пространства.[6] Тот факт, что внеклеточное пространство не однородно, а состоит из сложного агрегата высокоэффективных проводящий жидкости и низкопроводящие и емкостной мембраны, могут проявлять сильные фильтрующие свойства низких частот. Ионный распространение, который играет важную роль в изменениях мембранного потенциала, также может действовать как фильтр нижних частот.

Рекомендации

  1. ^ Легатт, AD; Ареццо, Дж; Vaughan HG, Jr (апрель 1980 г.). «Усредненная множественная активность единицы как оценка фазовых изменений в локальной нейронной активности: эффекты объемно-проводимых потенциалов». Журнал методов неврологии. 2 (2): 203–17. Дои:10.1016/0165-0270(80)90061-8. PMID  6771471.
  2. ^ Серый, CM; Мальдонадо, ЧП; Уилсон, М; Макнотон, Б. (декабрь 1995 г.). «Тетроды заметно повышают надежность и результативность выделения нескольких единиц из нескольких записей в полосатом коре головного мозга кошки». Журнал методов неврологии. 63 (1–2): 43–54. Дои:10.1016/0165-0270(95)00085-2. PMID  8788047.
  3. ^ Juergens, E; Геттлер, А; Экхорн, Р. (ноябрь 1999 г.). «Визуальная стимуляция вызывает запертые и индуцированные гамма-колебания во внутрикортикальных и ЭЭГ-потенциалах обезьян, но не в ЭЭГ человека». Экспериментальное исследование мозга. 129 (2): 247–59. Дои:10.1007 / s002210050895. PMID  10591899.
  4. ^ Michmizos, K; Сакас, Д; Никита, К (2012). «Прогнозирование времени и ритма нервных импульсов паркинсонического субталамического ядра с использованием потенциалов локального поля». IEEE Transactions по информационным технологиям в биомедицине. 16 (2): 190–97. Дои:10.1109 / TITB.2011.2158549.
  5. ^ Камонди, А; Acsády, L; Ван, XJ; Бужаки, G (1998). «Тета-колебания в соматах и ​​дендритах пирамидных клеток гиппокампа in vivo: зависимая от активности фазовая прецессия потенциалов действия». Гиппокамп. 8 (3): 244–61. Дои:10.1002 / (SICI) 1098-1063 (1998) 8: 3 <244 :: AID-HIPO7> 3.0.CO; 2-J. PMID  9662139.
  6. ^ Bédard, C; Kröger, H; Destexhe, A (март 2004 г.). «Моделирование потенциалов внеклеточного поля и частотно-фильтрующих свойств внеклеточного пространства». Биофизический журнал. 86 (3): 1829–42. Дои:10.1016 / S0006-3495 (04) 74250-2. ЧВК  1304017. PMID  14990509.

внешняя ссылка