Введение
Переходные электрические сигналы Локальные полевые потенциалы (LFP) - это переходные электрические сигналы, генерируемые в нервах и других тканях суммированной и синхронной электрической активностью отдельных клеток (например, нейронов) в этой ткани. LFP являются "внеклеточными" сигналами, что означает, что они генерируются временными дисбалансами в концентрации ионов в пространствах за пределами клеток, которые возникают в результате клеточной электрической активности. LFP являются "локальными", потому что они регистрируются электродом, расположенным рядом с генерирующими ячейками. В результате закона обратного квадрата такие электроды могут "видеть" потенциалы только в пространственно ограниченном радиусе. Они являются "потенциалами", потому что они генерируются напряжением, которое возникает в результате разделения зарядов в внеклеточном пространстве. Они являются "полем", потому что эти внеклеточные разделения заряда по существу создают локальное электрическое поле. LFP обычно записываются с помощью микроэлектрода высокой импедантности, помещенного посреди популяции клеток, генерирующих его. Их можно записывать, например, с помощью микроэлектрода, помещенного в мозг человека или животного, или в тонком разрезе мозга in vitro.
Local field potentials (LFP) are transient electrical signals generated in nerves and other tissues by the summed and synchronous electrical activity of the individual cells (e. g. neurons) in that tissue. LFP are "extracellular" signals, meaning that they are generated by transient imbalances in ion concentrations in the spaces outside the cells, that result from cellular electrical activity. LFP are 'local' because they are recorded by an electrode placed nearby the generating cells. As a result of the Inverse square law, such electrodes can only 'see' potentials in spatially limited radius. They are 'potentials' because they are generated by the voltage that results from charge separation in the extracellular space. They are 'field' because those extracellular charge separations essentially create a local electric field. LFP are typically recorded with a high impedance microelectrode placed in the midst of the population of cells generating it. They can be recorded, for example, via a microelectrode placed in the brain of a human or animal subject, or in an in vitro brain thin slice.
Предыстория
Во время локальной записи полевого потенциала сигнал записывается с помощью внеклеточного микроэлектрода, помещенного достаточно далеко от отдельных локальных нейронов, чтобы предотвратить доминирование любой конкретной клетки над электрофизиологическим сигналом. Затем этот сигнал фильтруется низкопрохожим фильтром, отрезается при ~ 300 Гц, чтобы получить потенциал местного поля (LFP), который может быть записан электронно или отображен на осциллоскопе для анализа. Низкий импиденс и расположение электрода позволяют активности большого количества нейронов способствовать сигналу. Нефильтрованный сигнал отражает сумму потенциалов действия от ячеек в пределах приблизительно 50 350 мкм от конца электрода и более медленных ионных событий в пределах 0,53 мм от конца электрода. Низкопропускной фильтр удаляет пиковую составляющую сигнала и пропускает низкочастотный сигнал, LFP. Вольтметр или аналоговый-цифровой преобразователь, к которому подключен микроэлектрод, измеряет разницу электрических потенциалов (измеряется в вольтах) между микроэлектродом и эталонным электродом. Один конец эталонного электрода также соединен с вольтметром, в то время как другой конец помещен в среду, которая непрерывно соединяется и по составу идентична внеклеточной среде. В простой жидкости, в которой отсутствуют биологические компоненты, будут небольшие колебания измеренной разности потенциалов вокруг точки равновесия, это известно как термический шум. Это связано с случайным движением ионов в среде и электронов в электроде. Однако, когда они помещаются в нервную ткань, открытие ионного канала приводит к чистому потоку ионов в клетку из внеклеточной среды или из клетки в внеклеточную среду. Эти локальные токи приводят к большим изменениям в электрическом потенциале между локальной внеклеточной средой и внутренней частью записывающего электрода. Таким образом, общий записанный сигнал представляет потенциал, вызванный суммой всех местных токов на поверхности электрода.
Синхронизированный вход
Локальный потенциал поля, как полагают, представляет собой сумму синаптических входов в наблюдаемую область, в отличие от шипов, которые представляют собой выход из области. Быстрые колебания в основном вызваны короткими входящими и исходящими токами потенциалов действия, в то время как LFP состоит из более устойчивых токов в ткани, которые генерируются синаптической активностью (EPSC и IPSC). Модели, основанные на данных, показали предсказующую связь между LFP и пиковой активностью. Общим методом исследования колебаний LFP, которые приводят к пикам, является вычисление средних значений, вызванных пиками (см. рисунок). Это делается после записи (вне линии) путем обнаружения шипов как быстрых нисходящих отклонений, вырезания временных участков вокруг шипа (+/ 250 мс) и усреднения выровненных следов шипа для каждого места записи. Тот факт, что внеклеточное пространство не однородно и состоит из сложного агрегата высокопроводящих жидкостей и низкопроводящих и емкостных мембран, может оказывать сильные низкопроходные фильтрующие свойства. Ионная диффузия, которая играет важную роль в вариациях мембранного потенциала, также может выступать в качестве фильтра с низким прохождением.