Кіріспе

Уақытша электрлік сигналдар Жергілікті өріс потенциалдары (LFP) - бұл бұл тіндегі жеке жасушалардың (мысалы, нейрондардың) жиынтық және синхронды электрлік белсенділігі арқылы нервтер мен басқа тіндерде пайда болатын уақытша электрлік сигналдар. LFP - бұл "клеткадан тыс" сигналдар, яғни олар жасушалардың сыртқы кеңістіктеріндегі иондық концентрациядағы уақытша тепе-теңсіздіктер арқылы пайда болады, бұл жасушаның электрлік белсенділігінен туындайды. LFP "жергілікті" болып табылады, өйткені оларды генерациялаушы жасушалардың жанында орналасқан электрод тіркейді. Кері квадрат заңының нәтижесінде мұндай электродтар кеңістіктегі шектеулі радиустағы потенциалдарды ғана "көре алады". Олар "потенциалдар" болып табылады, өйткені олар жасушадан тыс кеңістіктегі зарядтың бөлінуінен пайда болатын кернеу арқылы пайда болады. Олар "талаа" болып табылады, өйткені бұл клеткадан тыс зарядтар бөлінісі жергілікті электр өрісін жасайды. LFP әдетте оны өндіретін жасушалар популяциясының ортасына орналастырылған жоғары импедансты микроэлектродпен тіркеледі. Олар, мысалы, адам немесе жануардың миына немесе ин витро мидың жұқа кесіндісіне орналастырылған микроэлектрод арқылы тіркелуі мүмкін.

Өмірбаян

Жергілікті өрістік потенциалды жазу кезінде сигнал электрфизиологиялық сигналға кез келген белгілі бір жасушаның үстемдік етуіне жол бермеу үшін жеке жергілікті нейрондардан жеткілікті алысқа орналастырылған жасушадан тыс микроэлектродты пайдалана отырып жазылады. Бұл сигнал төменгі өту арқылы сүзгіленіп, ~300 Гц-те кесіледі, осылайша жергілікті өріс потенциалын (LFP) алады, оны электронды түрде жазуға немесе талдауға арналған осциллоскопқа көрсетуге болады. Электродтың төмен кедергісі мен орналасуы көптеген нейрондардың белсенділігін сигналға ықпал етуге мүмкіндік береді. Сүзгіленбеген сигнал электродтың ұшынан шамамен 50 350 мкм-ге дейінгі аралықтағы жасушалардың әрекет потенциалдарының қосындысын және электродтың ұшынан 0,53 мм-ге дейінгі аралықтағы баяу иондық оқиғаларды көрсетеді. Төменгі өту сүзгісі сигналдың шың компонентін алып тастайды және төменгі жиілік сигналын, LFP өткізеді. Микроэлектрод қосылған вольтметр немесе аналогты-цифрлық түрлендіргіш микроэлектрод пен эталондық электродтың арасындағы электрлік потенциал айырмасын (вольтпен өлшенеді) өлшеуіш болып табылады. Бағалау электродтарының бір ұшы вольтметрге қосылады, ал екінші ұшы ұдайы және құрамы жағынан клеткадан тыс ортамен бірдей ортаға орналастырылады. Қарапайым сұйықтықтарда биологиялық компонент болмаған жағдайда теңгерім нүктесі айналасындағы өлшенген потенциалдық айырманың аз өзгеруі болады, бұл жылу шуы деп аталады. Бұл ортадағы иондардың және электродтағы электрондардың кездейсоқ қозғалысына байланысты. Алайда, нейрондық тінге орналастырылған кезде иондық арнаның ашылуы иондардың клеткаға клеткадан тыс ортадан немесе клеткадан тыс ортаға таза ағынын тудырады. Бұл жергілікті токтар жергілікті клеткадан тыс орта мен жазу электродтарының ішкі бөлігі арасындағы электрлік потенциалдың үлкен өзгерістеріне әкеледі. Осылайша, жалпы жазылған сигнал электродтың бетіндегі барлық жергілікті токтардың қосындысынан туындаған потенциалды білдіреді.

Синхронды кіріс

Жергілікті өрістік потенциал аймақтан шыққан шығысты білдіретін шыбықтарға қарағанда, байқалатын аймаққа синаптық кіріс сомасын білдіреді деп есептеледі. Жылдам ауытқулар көбінесе ішкі және сыртқы қысқа токтардың әсер ету потенциалдарынан пайда болады, ал LFP ұлпадағы синаптық белсенділік (EPSC және IPSC) туғызатын тұрақты токтардан тұрады. Деректерге негізделген модельдер LFP және белсенділік шыңдары арасындағы болжамды байланысты көрсетті. Шектеулерге әкелетін LFP тербелістерін зерттеудің жалпы әдісі - шектеуден туындаған орташа есептерді есептеу (суретті қараңыз). Бұл жазудан кейін (желіден тыс) тікенектерді төмен қарай жылдам ауытқу ретінде анықтау, тікенектің айналасындағы уақытша бөліктерді кесу (+/ 250 мс) және әрбір жазу орны үшін тікенектің сәйкестендірілген іздерінің орташасын анықтау арқылы жасалады. Жасушадан тыс кеңістіктің біртекті емес екендігі және өте өткізгіш сұйықтықтар мен аз өткізгіш және сыйымдылық мембраналардың күрделі жиынтығынан жасалуы төмен өтуді сүзгілеу қасиеттерін әсер етуі мүмкін. Мембраналық потенциалдың өзгеруінде маңызды рөл атқаратын иондық диффузия төменгі өту сүзгісі ретінде де әрекет ете алады.