Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из локальных потенциалов поля )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Потенциалы местного поля ( LFP ) - это временные электрические сигналы, генерируемые в нервных и других тканях суммированной и синхронной электрической активностью отдельных клеток (например, нейронов) в этой ткани. LFP - это «внеклеточные» сигналы, означающие, что они генерируются временным дисбалансом концентраций ионов в пространствах вне клеток, который является результатом клеточной электрической активности. LFP являются «локальными», потому что они регистрируются электродом, расположенным рядом с генерирующими ячейками. В результате закона обратных квадратовтакие 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 эти межклеточные разделения зарядов по существу создают локальное электрическое поле. LFP обычно регистрируются с помощью микроэлектрода с высоким импедансом, помещенного посреди популяции клеток, генерирующих его. Они могут быть записаны, например, с помощью микроэлектрода, помещенного в мозг человека [1] или животного, или в тонкий срез мозга in vitro .

Фон [ править ]

Во время регистрации потенциала локального поля сигнал записывается с помощью внеклеточного микроэлектрода, расположенного достаточно далеко от отдельных локальных нейронов, чтобы предотвратить доминирование какой-либо конкретной клетки над электрофизиологическим сигналом. Этот сигнал затем фильтруется нижними частотами , отсекается на частоте ~ 300 Гц , чтобы получить потенциал локального поля (LFP), который может быть зарегистрирован электронно или отображен на осциллографе для анализа. Низкое сопротивление и расположение электродапозволяет активности большого количества нейронов вносить свой вклад в сигнал. Нефильтрованный сигнал отражает сумму потенциалов действия от клеток в пределах приблизительно 50–350 мкм от кончика электрода [2] [3] и более медленных ионных событий на расстоянии 0,5–3 мм от кончика электрода. [4] Фильтр нижних частот удаляет пиковый компонент сигнала и пропускает сигнал более низкой частоты , LFP.

Вольтметр или аналого-цифровой преобразователь, к которому подключен микроэлектрод, измеряет разность электрических потенциалов (измеряемую в вольтах ) между микроэлектродом и электродом сравнения. Один конец электрода сравнения также подсоединяется к вольтметру, а другой конец помещается в среду, которая является непрерывной и идентичной по составу внеклеточной среде. В простой жидкости без биологического компонента могут наблюдаться небольшие колебания измеренной разности потенциалов около точки равновесия , это известно как тепловой шум.. Это происходит из-за беспорядочного движения ионов в среде и электронов в электроде. Однако при помещении в нервную 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 [ править ]

Считается, что потенциал локального поля представляет собой синхронизированный вход в наблюдаемую область, в отличие от данных всплеска , которые представляют 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. LFP, таким образом , состоит из более устойчивых токов в ткани, такие как синаптические и сомато - дендритные тока. Модели, управляемые данными, показали прогностическую взаимосвязь между LFP и всплесками активности. [5]Считается, что основные медленные токи, участвующие в генерации LFP, аналогичны тем, которые генерируют постсинаптический потенциал (PSP). Первоначально считалось, что EPSP и IPSP были исключительными составляющими LFP, но позже было обнаружено, что явления, не связанные с синаптическими событиями, вносят вклад в сигнал (Kobayashi 1997). [6]

Геометрическое расположение [ править ]

Какие ячейки вносят вклад в медленные вариации поля, определяется геометрической конфигурацией самих ячеек. В некоторых клетках дендриты обращены в одну сторону, а сома - в другую, например пирамидные клетки . Это известно как геометрическое расположение открытого поля. При одновременной активации дендритов образуется сильный диполь . В ячейках, где дендриты расположены более радиально, разность потенциалов между отдельными дендритами и сомой имеет тенденцию компенсироваться диаметрально противоположными дендритами, такая конфигурация называется геометрическим расположением замкнутого поля. 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 [ править ]

Частично фильтрация нижних частот, приводящая к возникновению потенциалов локального поля, связана со сложными электрическими свойствами внеклеточного пространства. [7] Тот факт, что внеклеточное пространство неоднородно и состоит из сложной совокупности жидкостей с высокой проводимостью и низкопроводящих и емкостных мембран, может проявлять сильные свойства фильтрации нижних частот. Ионная диффузия , которая играет важную роль в вариациях мембранного потенциала, также может действовать как фильтр нижних частот.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Peyrache, A; Дехгани, Н; Эскандар, EN; Мэдсен, младший; Андерсон, WS; Донохью, Дж. А; Destexhe, А (2012). «Пространственно-временная динамика неокортикального возбуждения и торможения во время сна человека» . Труды Национальной академии наук . 109 (5): 1731–1736. DOI : 10.1073 / pnas.1109895109 .
  2. ^ Легатт, AD; Ареццо, Дж; Vaughan HG, Jr (апрель 1980 г.). «Усредненная множественная активность единицы как оценка фазовых изменений локальной нейрональной активности: эффекты проводимых по объему потенциалов». Журнал методов неврологии . 2 (2): 203–17. DOI : 10.1016 / 0165-0270 (80) 90061-8 . PMID 6771471 . 
  3. ^ Серый, см; Мальдонадо, ЧП; Уилсон, М; Макнотон, Б. (декабрь 1995 г.). «Тетроды заметно повышают надежность и эффективность выделения нескольких единиц из нескольких записей в полосатом коре головного мозга кошки». Журнал методов неврологии . 63 (1-2): 43-54. DOI : 10.1016 / 0165-0270 (95) 00085-2 . PMID 8788047 . 
  4. ^ Юргенс, E; Геттлер, А; Экхорн, Р. (ноябрь 1999 г.). «Визуальная стимуляция вызывает запертые и индуцированные гамма-колебания во внутрикортикальном и ЭЭГ-потенциале обезьян, но не в ЭЭГ человека». Экспериментальное исследование мозга . 129 (2): 247–59. DOI : 10.1007 / s002210050895 . PMID 10591899 . 
  5. ^ 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. DOI : 10.1109 / TITB.2011.2158549 .
  6. ^ Камонди, А; Acsády, L; Ван, XJ; Buzsáki, G (1998). «Тета-осцилляции в соматах и ​​дендритах пирамидных клеток гиппокампа in vivo: зависимая от активности фазовая прецессия потенциалов действия». Гиппокамп . 8 (3): 244–61. DOI : 10.1002 / (SICI) 1098-1063 (1998) 8: 3 <244 :: AID-HIPO7> 3.0.CO; 2-J . PMID 9662139 . 
  7. ^ Бедар, C; Kröger, H; Destexhe, A (март 2004 г.). «Моделирование потенциалов внеклеточного поля и частотно-фильтрующих свойств внеклеточного пространства» . Биофизический журнал . 86 (3): 1829–42. DOI : 10.1016 / S0006-3495 (04) 74250-2 . PMC 1304017 . PMID 14990509 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Механизмы локальных потенциалов поля (Scholarpedia)