Técnicas de gravação cérebro

As primeiras gravações do cérebro - eletroencefalograma, ou EEG - usados ​​eletrodos de superfície no couro cabeludo para registrar potenciais cerebrais em curso a partir de grandes áreas do cérebro. A maioria do que os pesquisadores sabem sobre a função neuronal indivíduo (neurofisiologia) começou por volta de meados do século 20 com a invenção e uso de microeletrodos, o que poderia provar a atividade de neurônios individuais, e osciloscópios, o que poderia mostrar eventos milissegundos duradouras ou menos.

Como mostra a seguinte discussão, vários avanços têm sido feitos nos tipos de dispositivos utilizados para gravar o funcionamento dos neurónios.

microeletrodos extracelulares individuais

microeletrodos extracelulares são muito finos fios, needlelike que são eletricamente isoladas, exceto em sua ponta. As pontas de estes são da ordem do tamanho do corpo celular de um neurónio (tipicamente 20 micrómetros de diâmetro, dependendo do tipo neuronal).

A ponta do eléctrodo é inserido no tecido neural até que a ponta passa a ser perto de uma célula em particular, de modo que a tensão do microeléctrodo detecta é quase inteiramente devido à acção potenciais correntes dos canais de iões de abertura em que uma soma de células vizinhas. Estes eletrodos às vezes também gravar os potenciais de ação de axônios próximas. micro-eléctrodos extracelulares também têm sido utilizados para estimular os neurónios ao fogo por gerar impulsos de corrente através do eléctrodo e chocando o neurónio para disparar artificialmente.

matrizes de microeletrodos

matrizes de microeléctrodos são aglomerados de microeléctrodos que a amostra até centenas de células em simultâneo. Alguns destes têm sido implantado em seres humanos paralisados ​​de modo que, por exemplo, quando a pessoa pensamento de fazer algum movimento no seu cérebro e activados os neurónios motores, o sinal detectado electronicamente poderia ser usado para contornar a medula espinal danificado e activar músculos directamente pela enviando pulsos chocantes para eles. Estas gravações também foram usados ​​para controlar cursores de computador para a comunicação.

eléctrodos intracelulares afiadas

gravações intracelulares nas células neuronais de mamíferos foram feitas em primeiro lugar com micro-eléctrodos intracelulares afiadas, também chamada pipetas de vidro. Estes são tubos de vidro que são aquecidas no meio e, em seguida, afastadas de modo que os tubos de pescoço para baixo e quebras no meio. A ponta no intervalo pode ter um diâmetro de menos de um micrômetro e ainda ser oco! Estes microeléctrodos de vidro são suficientemente pequena em comparação com uma célula de diâmetro de 20 micrómetros que eles podem ser inseridos no interior das células.

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eléctrodos intracelulares inseridos através da membrana da célula permitir aos investigadores para provar a actividade eléctrica no interior da célula a partir de suas entradas sinápticas. eléctrodos intracelulares afiadas estão cheios com uma solução salina condutora para fazer uma ligação eléctrica entre a sua ponta aberta no interior da célula e amplificadores electrónicos e visores.

Um fio de cloreto de prata no interior da micropipeta liga o interior da célula, através da solução salina na pipeta, a um amplificador electrónico. Micropipetas deu mais informações sobre o que está acontecendo dentro da célula, mas porque eles inevitavelmente danificar a célula a partir da penetração, eles não podem ser implantados permanentemente como seria necessário para próteses neurais que seria, por exemplo, os comandos do córtex motor registro para aumentar artificialmente músculos em pessoas que estão paralisadas.

eléctrodos de patch-clamp

microeléctrodos de patch-clamp são feitas como microeléctrodos de vidro, com excepção de que, em vez de ser inserido para dentro da célula, que são colocados contra a membrana da célula de modo a que o vidro torna uma ligao quica, um chamado gigaseal, com a membrana celular.

No penso de membrana intacta, o eléctrodo pode monitorizar correntes que passam através de canais iónicos na membrana dentro da área de gigaseal.

Numa outra configuração, a membrana dentro da gigaseal é rompido pela pressão negativa, mas a gigaseal ao longo do perímetro da abertura da pipeta permanece intacta, de modo que, como um microeléctrodo intracelular de vidro, existe agora a continuidade eléctrica entre o interior da célula através do solução salina na pipeta para o aparelho de gravação.

dispositivos de imagem óptica

avanços imageamento óptico no final do século 20 e no desenvolvimento de corantes relatórios levou ao uso de técnicas de gravação óptica para monitorar a atividade neural. Aqui estão os três principais técnicas ópticas para gravação de atividade neural:

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• monitorização mediada pelo corante fluorescente da variação da concentração de iónicos: Esta técnica utiliza corantes fluorescentes (corantes que absorvem e, em seguida, re-emitem luz) que alteram a sua fluorescência em resposta à presença de iões como o cálcio, magnésio, ou sódio. Os corantes mais comuns monitorar a concentração de cálcio, que normalmente é muito baixa no interior neurónios mas tipicamente aumenta quando o neurónio é activa devido ao fluxo de cálcio através de canais de catiões que não são completamente selectivo para sódio, e através de canais de cálcio dependentes da voltagem que são por vezes comum em árvores dendriticas neuronais, bem como no terminal axonal. Isto significa que a actividade dentro de árvores dendriticas neurais podem, por vezes, ser directamente observada opticamente. imageamento óptico também permite aos pesquisadores ver a atividade em várias células através de um microscópio. proteínas fluorescentes podem agora ser expressos em células neuronais específicas em partes específicas do cérebro por meio de técnicas transgênicas de alteração do ADN em animais experimentais.
• monitorização mediada por corante fluorescente do potencial da membrana: corantes potenciométricos são corantes que se ligam a membranas de células neuronais e alterar quer a sua fluorescência ou a absorção de luz em resposta ao nível de despolarização da membrana. A vantagem destes corantes é que eles dar uma leitura directa do potencial eléctrico através da membrana de modo a que as mudanças de membrana pode ser observado ou se não há que ser canais de iões lá que o cálcio fluxo. Por outro lado, o sinal a partir desses corantes é tipicamente uma ordem de magnitude menor do que a de corantes indicador de cálcio. Estes sinais menores são mais difíceis de detectar.
• alterações ópticas intrínsecas em tecido neural animado, tais como dispersão de luz: alterações ópticas intrínsecas ocorrer no tecido neuronal quando as células são electricamente activo. A origem destas alterações é pouco clara, no momento desta escrita mas inclui mudanças em dispersão de luz devido a inchaço celular transiente ou rearranjo de estruturas de organelos intracelulares associadas com activação eléctrica. Uma vantagem das técnicas ópticas intrínsecas é que eles não necessitam de corantes e são, portanto, menos invasiva. gravações ópticas intrínsecas semelhantes a electroencefalogramas (EEG) são rotineiramente realizados em humanos usando luz infravermelha.