Záznam jedné jednotky

Záznam jedné jednotky označuje použití elektrody k záznamu elektrofyziologické aktivity (akčních potenciálů) z jednoho neuronu.

Elektroda zavedená do mozku živého zvířete detekuje elektrickou aktivitu, která je generována neurony přiléhajícími ke špičce elektrody. Pokud je elektroda mikroelektroda s velikostí špičky od 3 do 10 mikrometrů, elektroda často izoluje aktivitu jednoho neuronu. Aktivita se skládá z napětí generovaného v extracelulární matrici proudovými poli mimo buňku, když vytváří akční potenciál. Záznam tímto způsobem se obecně nazývá záznam „jedné jednotky“. Zaznamenané akční potenciály vypadají velmi podobně jako akční potenciály, které jsou zaznamenávány intracelulárně, ale signály jsou velmi mnohem menší (typicky okolo 0,1 mV). Většina záznamů aktivity jednotlivých neuronů u zvířat se provádí tímto způsobem. Záznamy jednotlivých neuronů u živých zvířat poskytly důležité poznatky o tom, jak mozek zpracovává informace podle hypotézy Edgara Adriana, že události unitárního akčního potenciálu jsou základním komunikačním prostředkem v mozku. Například David Hubel a Torsten Wiesel zaznamenali aktivitu jednotlivých neuronů v primární zrakové kůře anestetizované kočky a ukázali, jak jednotlivé neurony v této oblasti reagují na velmi specifické rysy zrakového stimulu. Hubel a Wiesel získali v roce 1981 Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu.

Izolovaná nervová aktivita je také zaznamenávána od bdělých, chovajících se zvířat. To není bolestivé, protože mozek nemá žádné vnitřní receptory bolesti. Zvířata jsou také udržována na nejvyšším možném fyzickém a duševním zdraví pro nejlepší výkon během zdlouhavého tréninku a procesu sběru dat trvajícího měsíce až roky. Cílem je pozorovat, jak aktivita jednotlivých neuronů souvisí jak s aplikovaným stimulem, tak s výsledkem chování zvířete. Příčinné vztahy mohou být navázány průchodem proudu mikroelektrodou, známou jako mikrostimulace. Elektrický proud manipuluje s aktivitou místních nervových populací, což zkresluje chování zvířete.

Je popsán příklad postupu pro nalezení jednotlivých neuronů v oblasti Medial Temporal (MT). Tato oblast zpracovává pohyb vizuálních podnětů a její základní buňky jsou naladěny na pozici, rychlost, velikost a nepoměr vizuálního objektu; naladění buněk je rozhodující pro identifikaci, kterou oblastí mozku prochází špička mikroelektrody (viz níže). Signál přicházející z elektrody je přehráván přes reproduktor a elektroda je posunuta, zatímco zvíře provádí experimentální úkol. Když je špička v šedé hmotě, výstup reproduktoru zní jako bílý šum s výjimkou občasného stříhání, skřípání a tleskání blízkých neuronů. Ten se vytratí do ticha, když špička vstoupí do bílé hmoty. Jakmile je podezření, že je elektroda v MT, je zobrazena řada vizuálních podnětů. Například ručně ovládaný pruh světla bude posunut sem a tam, aby se našla oblast vizuálního pole, preferovaný směr a rychlost místní nervové populace. Pokud je špička v MT, pak tažení pruhu světla správným způsobem způsobí, že rychlost akčního potenciálu vypalování buněk v doslechu dramaticky vzroste a náhle se zastaví se zastavením pohybu v preferovaném směru. Následně postupující elektroda při výbojích o velikosti 5 až 15 mikrometrů každých 20 až 30 sekund pomůže elektrodě protlačit se mozkovou hmotou a přiblížit se k jednotlivým neuronům. Je důležité nepostupovat rychle, protože trvá, než se mozek kolem elektrody usadí. Preferované charakteristiky podnětů se znovu vytvoří, jakmile se najde jediný neuron, po kterém může začít hlavní experimentální úkol.

Mikroelektrody používané pro záznamy extracelulárních jednotek jsou obvykle velmi jemné dráty vyrobené ze slitin wolframu nebo platiny s dráždivým drážděním, které jsou izolované s výjimkou jejich extrémního hrotu a jsou méně často skleněnými mikropipetami naplněnými slabým roztokem elektrolytu podobným složení extracelulární tekutiny. Drobné rozdíly ve tvaru a složení mikroelektrod prospívají různým úkolům. Například použití elektrod s nízkou impedancí (< 1MOhm) je příznivé pro mapování hrubých oblastí šedé a bílé hmoty, protože zachytí více signálu z okolních neuronů, i když na úkor zaměření na aktivitu jednotlivých buněk, pro které se používají mikroelektrody s vyšší impedancí.

KategorieElektrofyziologie