Potencial de campo local
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Los potenciales de campo local ( LFP ) son señales eléctricas transitorias generadas en los tejidos nerviosos y otros por la actividad eléctrica sumada y sincrónica de las células individuales (por ejemplo, neuronas) en ese tejido. Los LFP son señales "extracelulares", lo que significa que se generan por desequilibrios transitorios en las concentraciones de iones en los espacios fuera de las células, que resultan de la actividad eléctrica celular. Los LFP son 'locales' porque son registrados por un electrodo colocado cerca de las celdas generadoras. Como resultado de la ley del cuadrado inverso, tales electrodos solo pueden "ver" potenciales en un radio espacialmente limitado. Son 'potenciales' porque son generados por el voltaje que resulta de la separación de carga en el espacio extracelular. Son 'campo' porque esas separaciones de carga extracelular esencialmente crean un campo eléctrico local. Los LFP generalmente se registran con un microelectrodo de alta impedancia colocado en medio de la población de células que lo generan. Pueden registrarse, por ejemplo, a través de un microelectrodo colocado en el cerebro de un sujeto humano [1] o animal, o en un corte fino de cerebro in vitro .

Fondo

Durante los registros de potencial de campo local, se registra una señal utilizando un microelectrodo extracelular colocado lo suficientemente lejos de las neuronas locales individuales para evitar que cualquier célula en particular domine la señal electrofisiológica. Luego, esta señal se filtra en paso bajo , se corta a ~ 300 Hz , para obtener el potencial de campo local (LFP) que se puede registrar electrónicamente o visualizar en un osciloscopio para su análisis. La baja impedancia y el posicionamiento del electrodo.permite que la actividad de una gran cantidad de neuronas contribuya a la señal. La señal sin filtrar refleja la suma de los potenciales de acción de las células dentro de aproximadamente 50-350 μm desde la punta del electrodo [2] [3] y eventos iónicos más lentos desde dentro de 0.5-3 mm desde la punta del electrodo. [4] El filtro de paso bajo elimina el componente de pico de la señal y pasa la señal de frecuencia más baja , el LFP.

El voltímetro o convertidor de analógico a digital al que está conectado el microelectrodo mide la diferencia de potencial eléctrico (medida en voltios ) entre el microelectrodo y un electrodo de referencia. Un extremo del electrodo de referencia también se conecta al voltímetro, mientras que el otro extremo se coloca en un medio que es continuo y de composición idéntica al medio extracelular. En un fluido simple , sin ningún componente biológico presente, habría ligeras fluctuaciones en la diferencia de potencial medida alrededor de un punto de equilibrio , esto se conoce como ruido térmico.. Esto se debe al movimiento aleatorio de iones en el medio y electrones en el electrodo. Sin embargo, cuando se coloca en el tejido neural, la apertura de un canal de iones da como resultado el flujo neto de iones hacia la célula desde el medio extracelular, o fuera de la célula hacia el medio extracelular. Estas corrientes locales dan como resultado cambios más grandes en el potencial eléctrico entre el medio extracelular local y el interior del electrodo de registro. Por tanto, la señal registrada global representa el potencial causado por la suma de todas las corrientes locales en la superficie del electrodo.

Entrada sincronizada

Se cree que el potencial de campo local representa la entrada sincronizada en el área observada, a diferencia de los datos de picos , que representan la salida del área. En el LFP, las fluctuaciones de alta frecuencia en la diferencia de potencial se filtran, dejando solo las fluctuaciones más lentas. Las fluctuaciones rápidas son causadas principalmente por las corrientes cortas hacia adentro y hacia afuera de los potenciales de acción, mientras que la contribución directa de los potenciales de acción es mínima en la LFP. La LFP está integrado por las corrientes más sostenidas en el tejido, tales como los sinápticas y somato - dendrítica corrientes. Los modelos basados ​​en datos han demostrado una relación predictiva entre las LFP y la actividad de picos. [5]Se cree que las principales corrientes lentas involucradas en la generación de LFP son las mismas que generan el potencial postsináptico (PSP). Originalmente se pensó que los EPSP y los IPSP eran los componentes exclusivos de los LFP, pero más tarde se descubrió que fenómenos no relacionados con los eventos sinápticos contribuían a la señal (Kobayashi 1997). [6]

Arreglo geométrico

Las células que contribuyen a las variaciones lentas del campo están determinadas por la configuración geométrica de las propias células. En algunas células, las dendritas miran en una dirección y el soma en otra, como las células piramidales . Esto se conoce como disposición geométrica de campo abierto. Cuando hay activación simultánea de las dendritas se produce un dipolo fuerte . En celdas donde las dendritas están dispuestas más radialmente, la diferencia de potencial entre las dendritas individuales y el soma tiende a anularse con dendritas diametralmente opuestas, esta configuración se denomina disposición geométrica de campo cerrado. Como resultado, la diferencia de potencial neta en toda la célula cuando las dendritas se activan simultáneamente tiende a ser muy pequeña. Por lo tanto, los cambios en el potencial de campo local representan eventos dendríticos simultáneos en células en la configuración de campo abierto.

Filtrado de paso bajo del espacio extracelular

Parte del filtrado de paso bajo que da lugar a los potenciales de campo local se debe a las complejas propiedades eléctricas del espacio extracelular. [7] El hecho de que el espacio extracelular no es homogénea, y compuesto de un agregado complejo de altamente conductoras de líquidos y de bajo conductoras y capacitivos membranas, pueden ejercer fuertes propiedades de filtrado de paso bajo. La difusión iónica , que juega un papel importante en las variaciones del potencial de membrana, también puede actuar como un filtro de paso bajo.

Referencias

  1. ^ Peyrache, A; Dehghani, N; Eskandar, EN; Madsen, JR; Anderson, WS; Donoghue, JA; Destexhe, A (2012). "Dinámica espacio-temporal de excitación e inhibición neocortical durante el sueño humano" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 109 (5): 1731-1736. doi : 10.1073 / pnas.1109895109 . PMC  3277175 . PMID  22307639 .
  2. ^ Legatt, AD; Arezzo, J; Vaughan HG, Jr (abril de 1980). "Actividad media de unidades múltiples como una estimación de los cambios fásicos en la actividad neuronal local: efectos de los potenciales conducidos por volumen". Revista de métodos de neurociencia . 2 (2): 203–17. doi : 10.1016 / 0165-0270 (80) 90061-8 . PMID 6771471 . S2CID 32510261 .  
  3. ^ Gris, CM; Maldonado, PE; Wilson, M; McNaughton, B (diciembre de 1995). "Los tetrodos mejoran notablemente la fiabilidad y el rendimiento del aislamiento de una sola unidad múltiple a partir de grabaciones de varias unidades en la corteza estriada del gato". Revista de métodos de neurociencia . 63 (1–2): 43–54. doi : 10.1016 / 0165-0270 (95) 00085-2 . PMID 8788047 . S2CID 3817420 .  
  4. ^ Juergens, E; Guettler, A; Eckhorn, R (noviembre de 1999). "La estimulación visual provoca oscilaciones gamma bloqueadas e inducidas en potenciales intracorticales y EEG de mono, pero no en EEG humano". Investigación experimental del cerebro . 129 (2): 247–59. doi : 10.1007 / s002210050895 . PMID 10591899 . S2CID 25265991 .  
  5. ^ Michmizos, K; Sakas, D; Nikita, K (2012). "Predicción de la sincronización y el ritmo de los picos neurales del núcleo subtalámico parkinsoniano utilizando los potenciales de campo local". Transacciones IEEE sobre tecnología de la información en biomedicina . 16 (2): 190–97. doi : 10.1109 / TITB.2011.2158549 . PMID 21642043 . S2CID 11537329 .  
  6. ^ Kamondi, A; Acsády, L; Wang, XJ; Buzsáki, G (1998). "Oscilaciones theta en somas y dendritas de células piramidales del hipocampo in vivo: precesión de fase dependiente de la actividad de potenciales de acción". Hipocampo . 8 (3): 244–61. doi : 10.1002 / (SICI) 1098-1063 (1998) 8: 3 <244 :: AID-HIPO7> 3.0.CO; 2-J . PMID 9662139 . 
  7. ^ Bédard, C; Kröger, H; Destexhe, A (marzo de 2004). "Modelado de potenciales de campo extracelular y las propiedades de filtrado de frecuencia del espacio extracelular" . Revista biofísica . 86 (3): 1829–42. doi : 10.1016 / S0006-3495 (04) 74250-2 . PMC 1304017 . PMID 14990509 .  

enlaces externos

  • Mecanismos de los potenciales de campo locales (Scholarpedia)
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