En neurociencia , los registros de una sola unidad proporcionan un método para medir las respuestas electrofisiológicas de una sola neurona utilizando un sistema de microelectrodos . Cuando una neurona genera un potencial de acción , la señal se propaga por la neurona como una corriente que fluye dentro y fuera de la célula a través de las regiones excitables de la membrana en el soma y el axón . Se inserta un microelectrodo en el cerebro, donde puede registrar la tasa de cambio de voltaje con respecto al tiempo. Estos microelectrodos deben ser conductores de baja impedancia de punta fina; [1]se trata principalmente de micropipetas de vidrio, microelectrodos metálicos de platino, tungsteno, iridio o incluso óxido de iridio. [2] [3] [4] Los microelectrodos se pueden colocar con cuidado cerca de la membrana celular , lo que permite la capacidad de registrar extracelularmente .
Las grabaciones de una sola unidad se utilizan ampliamente en la ciencia cognitiva , donde permiten el análisis de la cognición humana y el mapeo cortical . Esta información se puede aplicar luego a las tecnologías de interfaz cerebro-máquina (BMI) para el control cerebral de dispositivos externos. [5]
Hay muchas técnicas disponibles para registrar la actividad cerebral, incluida la electroencefalografía (EEG), la magnetoencefalografía (MEG) y la resonancia magnética funcional (fMRI), pero no permiten la resolución de una sola neurona. [6] Las neuronas son las unidades funcionales básicas del cerebro; transmiten información a través del cuerpo mediante señales eléctricas llamadas potenciales de acción. Actualmente, las grabaciones de una sola unidad proporcionan las grabaciones más precisas de una sola neurona. Una sola unidad se define como una única neurona de disparo cuyos potenciales de pico están claramente aislados por un microelectrodo de registro. [3]
La capacidad de registrar señales de neuronas se centra en el flujo de corriente eléctrica a través de la neurona. A medida que un potencial de acción se propaga a través de la célula, la corriente eléctrica entra y sale del soma y los axones en las regiones excitables de la membrana . Esta corriente crea un potencial de voltaje variable y medible dentro (y fuera) de la celda. Esto permite dos tipos básicos de grabaciones de una sola unidad. Los registros intracelulares de una sola unidad ocurren dentro de la neurona y miden el cambio de voltaje (con respecto al tiempo) a través de la membrana durante los potenciales de acción. Esto se genera como una traza con información sobre el potencial de reposo de la membrana., potenciales postsinápticos y picos a través del soma (o axón). Alternativamente, cuando el microelectrodo está cerca de la superficie de la celda, los registros extracelulares miden el cambio de voltaje (con respecto al tiempo) fuera de la celda, proporcionando solo información de picos. [7] Se pueden usar diferentes tipos de microelectrodos para grabaciones de una sola unidad; suelen ser de alta impedancia, de punta fina y conductores. Las puntas finas permiten una fácil penetración sin daños importantes a la celda, pero también se correlacionan con una alta impedancia. Además, la conductividad eléctrica y / o iónica permiten grabaciones de electrodos polarizables y no polarizables . [8]Las dos clases principales de electrodos son las micropipetas de vidrio y los electrodos metálicos. Las micropipetas de vidrio llenas de electrolitos se utilizan principalmente para registros intracelulares de una sola unidad; electrodos metálicos (comúnmente hechos de acero inoxidable, platino, tungsteno o iridio) y se utilizan para ambos tipos de grabaciones. [3]
Las grabaciones de una sola unidad han proporcionado herramientas para explorar el cerebro y aplicar este conocimiento a las tecnologías actuales. Los científicos cognitivos han utilizado grabaciones de una sola unidad en el cerebro de animales y humanos para estudiar comportamientos y funciones. También se pueden insertar electrodos en el cerebro de pacientes epilépticos para determinar la posición de los focos epilépticos. [6] Más recientemente, se han utilizado grabaciones de una sola unidad en interfaces cerebro-máquina (BMI). Los IMC registran las señales cerebrales y decodifican una respuesta prevista, que luego controla el movimiento de un dispositivo externo (como un cursor de computadora o una prótesis). [5]