Спорные вопросы и перспективы интерпретации элементарных профилей потенциала ¹

Гусев А.Г.
НИИ мозга РАМН, Москва
Свадлоу Х.А.
Университет штата Коннектикут, США

Многоканальная послойная регистрация профиля потенциала по глубине коры является одним из методов получения детальной информации о процессах обработки информации, происходящих в коре головного мозга. Этот метод первоначально использовался для анализа спонтанной активности ЭЭГ и синхронных воздействий при электрической или сенсорной периферической стимуляции. Мы использовали метод синхронного усреднения от спайковой активности (Свадлоу и Гусев, 2000) и показали на соматосенсорной коре бодрствующего кролика, что: (а) импульсы от одного таламического афферентного волокна вызывают значительной величины внеклеточные потенциалы, распределённые по слоям коры; (б) эти потенциалы можно разделить на 3 основных компонента: потенциал аксонных терминалей, моносинаптического возбуждения и дисинаптического торможения. Эти "элементарные" внеклеточные потенциалы несут важную информацию относительно временного течения информационных процессов в коре , однако они не дают точных сведений о вертикальном распределении источников и стоков внеклеточных токов, образующихся в результате действия таламических импульсов. Для решения данной задачи применялся анализ плотности источников тока (ПИТ), однако применимость этого метода к вертикальным профилям с ограниченным по горизонтали распределением источников (поле терминалей одного нейрона или волокна) не доказана. На самом деле, одно из допущений ПИТ анализа гласит, что активность слоя простирается в "бесконечность" по горизонтали.

В наших экспериментах микропроба, имеющая до 16 отводящих поверхностей (межэлектродное расстояние 100 - 150 мкм) погружалась вертикально в бочонок соматосенсорной коры кролика, отводимые потенциалы усреднялись синхронно с разрядами таламических нейронов соответствующего баррелоида или с моментом механической стимуляции вибриссы. В соответствии с распределением таламических аксонных терминалей по поперечнику бочонка можно принять, что до некоторого расстояния от геометрического центра бочонка распределение вертикальных внеклеточных токов однородное по горизонтали, и резко меняется вблизи границы бочонка. Следовательно, если микропроба не выходит за пределы цилиндра с некоторым радиусом, меньшим радиуса бочонка, проблему горизонтальной неоднородности можно считать разрешимой.

Ограничением ПИТ анализа является то, что интерпретация экспериментально полученных профилей потенциала затрудняется фактом совместного отображением в профиле потенциала как активных процессов на мембране нервных клеток, так и пассивных утечек тока. Преобразование по типу второй производной по глубине не дает окончательного ответа на вопрос. Даже если иметь в распоряжении обширный набор реакций стандартных клеточных элементов (звездчатые клетки, апикальные, базальные дендриты пирамидных клеток, и т.д.), возможности их комбинации могут быть весьма разнообразными, и результаты подбора могут быть неоднозначными. Поскольку клеточные элементы как правило дают целостные реакции, можно акцентировать синхронные изменения во времени, используя многомерный компонентный анализ с последующим выбором из стандартных реакций клеточных элементов. Для активных процессов характерно снижение импеданса ткани в месте их генерации. Были бы полезны экспериментальные приёмы, включающие измерение импеданса одновременно с регистрацией потенциала с помощью микропробы. Активные процессы тесно связаны с пресинаптической спайковой активностью. Мультинейронная активность легко регистрируется с помощью микропробы, а ее пространственно-временное распределение можно получить, применяя высокочастотную фильтрацию или полный спектральный анализ. Определённую помощь в интерпретации экспериментальных профилей оказывает сравнение разнообразных элементарных профилей: профиль от активации таламического нейрона соответствующего баррелоида; от активации нейрона соседнего по проекции баррелоида, стимуляция соседней по проекции вибриссы; профиль от активации коркового нейрона внутри бочонка, выделенного из мультинейронной активности с одного из уровней микропробы. В настоящей работе исследуется применимость и ограничения ПИТ анализа к профилям потенциала, полученным при активации одиночного таламокортикального волокна или внутрикоркового нейрона.

Примечание

... потенциала ¹

Поддержано грантами РФФИ (00-04-49163), NSF(IBN-0077694), NIMH (MH-59322)

Ваши комментарии

[Головная страница] [Конференции] [СО РАН]

© 2001, Сибирское отделение Российской академии наук, Новосибирск
© 2001, Объединенный институт информатики СО РАН, Новосибирск
© 2001, Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск
© 2001, Институт систем информатики СО РАН, Новосибирск
© 2001, Институт математики СО РАН, Новосибирск
© 2001, Институт цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск
© 2001, Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, Новосибирск
© 2001, Новосибирский государственный университет
Дата последней модификации Saturday, 29-Sep-2001 14:42:07 NOVST