Potencial de campo local - Local field potential
Os potenciais de campo local ( LFP ) são sinais elétricos transitórios gerados no tecido nervoso e em outros tecidos pela atividade elétrica somada e síncrona das células individuais (por exemplo, neurônios) naquele tecido. LFP são sinais "extracelulares", o que significa que são gerados por desequilíbrios transitórios nas concentrações de íons nos espaços fora das células, que resultam da atividade elétrica celular. LFP são 'locais' porque são registrados por um eletrodo colocado próximo às células geradoras. Como resultado da lei do inverso do quadrado , tais eletrodos só podem "ver" potenciais em raios espacialmente limitados. Eles são 'potenciais' porque são gerados pela voltagem que resulta da separação de carga no espaço extracelular. Eles são "de campo" porque essas separações de carga extracelular criam essencialmente um campo elétrico local. LFP são normalmente gravados com um microeletrodo de alta impedância colocado no meio da população de células que o geram. Eles podem ser registrados, por exemplo, por meio de um microeletrodo colocado no cérebro de um sujeito humano ou animal, ou em uma fatia fina do cérebro in vitro .
Fundo
Durante as gravações de potencial de campo local, um sinal é gravado usando um microeletrodo extracelular colocado suficientemente longe de neurônios locais individuais para evitar que qualquer célula particular domine o sinal eletrofisiológico. Este sinal é então filtrado em passa-baixa , cortado em ~ 300 Hz , para obter o potencial de campo local (LFP) que pode ser registrado eletronicamente ou exibido em um osciloscópio para análise. A baixa impedância e o posicionamento do eletrodo permitem que a atividade de um grande número de neurônios contribua para o sinal. O sinal não filtrado reflete a soma dos potenciais de ação das células dentro de aproximadamente 50-350 μm da ponta do eletrodo e eventos iônicos mais lentos de 0,5-3 mm da ponta do eletrodo. O filtro passa-baixa remove o componente de pico do sinal e passa o sinal de frequência mais baixa , o LFP.
O voltímetro ou conversor analógico-digital ao qual o microeletrodo está conectado mede a diferença de potencial elétrico (medida em volts ) entre o microeletrodo e um eletrodo de referência. Uma extremidade do eletrodo de referência também é conectada ao voltímetro, enquanto a outra extremidade é colocada em um meio que é contínuo e de composição idêntica ao meio extracelular. Em um fluido simples , sem nenhum componente biológico presente, haveria pequenas flutuações na diferença de potencial medida em torno de um ponto de equilíbrio , isso é conhecido como ruído térmico . Isso se deve ao movimento aleatório de íons no meio e elétrons no eletrodo. No entanto, quando colocado no tecido neural, a abertura de um canal iônico resulta no fluxo líquido de íons do meio extracelular para dentro da célula ou para fora da célula para o meio extracelular. Essas correntes locais resultam em mudanças maiores no potencial elétrico entre o meio extracelular local e o interior do eletrodo de registro. O sinal geral registrado, portanto, representa o potencial causado pela soma de todas as correntes locais na superfície do eletrodo.
Entrada sincronizada
Acredita-se que o potencial de campo local represente a entrada sincronizada na área observada, em oposição aos dados de pico , que representam a saída da área. No LFP, as flutuações de alta frequência na diferença de potencial são filtradas, deixando apenas as flutuações mais lentas. As flutuações rápidas são causadas principalmente pelas correntes curtas para dentro e para fora dos potenciais de ação, enquanto a contribuição direta dos potenciais de ação é mínima no LFP. O LFP é, portanto, composto pelas correntes mais sustentadas no tecido, como as correntes sináptica e somato - dendrítica . Os modelos baseados em dados mostraram uma relação preditiva entre os LFPs e a atividade de pico. Acredita-se que as principais correntes lentas envolvidas na geração do LFP sejam as mesmas que geram o potencial pós - sináptico (PSP). Originalmente, pensava-se que EPSPs e IPSPs eram os constituintes exclusivos dos LFPs, mas os fenômenos não relacionados aos eventos sinápticos mais tarde contribuíram para o sinal (Kobayashi 1997).
Arranjo geométrico
As células que contribuem para as variações lentas do campo são determinadas pela configuração geométrica das próprias células. Em algumas células, os dendritos estão voltados para uma direção e o soma para outra, como as células piramidais . Isso é conhecido como um arranjo geométrico de campo aberto. Quando há ativação simultânea dos dendritos, um forte dipolo é produzido. Em células onde os dendritos estão dispostos mais radialmente , a diferença de potencial entre os dendritos individuais e o soma tende a se cancelar com os dendritos diametralmente opostos, essa configuração é chamada de arranjo geométrico de campo fechado. Como resultado, a diferença potencial líquida sobre a célula inteira quando os dendritos são ativados simultaneamente tende a ser muito pequena. Assim, as mudanças no potencial de campo local representam eventos dendríticos simultâneos em células na configuração de campo aberto.
Filtragem passa-baixa do espaço extracelular
Parte da filtragem passa-baixa que dá origem a potenciais de campo locais é devido a propriedades elétricas complexas do espaço extracelular. O facto de que o espaço extracelular não é homogéneo, e composto por um agregado de complexo altamente condutoras de fluidos e de baixo condutoras e capacitivos membranas, pode exercer propriedades passa-baixo de filtragem fortes. A difusão iônica , que desempenha um papel importante nas variações do potencial da membrana, também pode atuar como um filtro passa-baixa.