در سری مقالات قبل با تعریف الکتروفیزیولوژی و انواع الکتروفیزیولوژی کلاسیک و تکنیک‌های ثبت داخل سلولی آشنا شدیم. در مطلب پیش رو نگاهی خواهیم انداخت، به انواع تکنیک الکتروفیزیولوژی در ثبت خارج سلولی که دستگاه‌هایی مانند الکتروانسفالوگرافی در حوزه علوم اعصاب نیز از این دست ثبت‌ها می‌باشند. برای درک بهتر این مطلب می‌توانید نخست مقالات زیر را بخوانید.
- الکتروفیزیولوژی چیست؟
- انواع تکنیک الکتروفیزیولوژی در ثبت داخل سلولی
ثبت خارج سلولی
الکتروفیزیولوژی در واقع به جمعی از روش‌های ثبت فعالیت‌های الکتریکی سلول‌ها و بافت‌های بیولوژیک بدن گفته می‌شود. این شیوه‌ها معمولاً به دو دسته کلی ثبت داخل سلولی و یا ثبت خارج سلولی تقسیم بندی می‌شوند. در این مطلب سعی می کنیم شما را با عنوان برخی از روش‌های ثبت خارج سلولی آشنا کنیم.
ثبت تک واحدی
الکترود وارد شده در مغز یک حیوان زنده فعالیت الکتریکی را که توسط سلول‌های عصبی مجاور نوک الکترود ایجاد می‌شود، تشخیص می‌دهد.
اگر الکترود یک میکروالکترود باشد، با اندازه‌ی نوک حدود ۱ میکرومتر، آن الکترود معمولاً فعالیت حداکثر یک نورون را تشخیص می‌دهد. ثبت از این طریق به طور کلی ضبط “تک واحدی” نامیده می‌شود.
پتانسیل‌های عمل ثبت شده در این روش بسیار شبیه به پتانسیل‌های عملی هستند که به صورت داخل سلولی ثبت می‌شوند، اما سیگنال‌ها بسیار کوچک‌تر هستند (به طور معمول در حدود ۱ میلی ولت).
بیشتر ثبت‌های مربوط به فعالیت تک نورون‌ها در حیوانات بیهوش و آگاه از این طریق انجام می‌شود. ثبت خارج سلولی فعالیت‌های یک نورون به تنهایی در حیوانات زنده، بینش مهمی در مورد چگونگی پردازش اطلاعات مغز ارائه داده است.
به عنوان مثال، دیوید هوبل و تورستن ویزل فعالیت نورون‌ها مجرد را در قشر بینایی اولیه گربه بیهوش شده ثبت کردند و نشان دادند که چگونه نورون‌ها مجرد در این ناحیه به ویژگی‌های بسیار ویژه یک محرک بینایی پاسخ می‌دهند. در سال ۱۹۸۱ بود که هابل و ویزل جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی دریافت کردند.
ثبت چند واحدی
اگر نوک الکترود کمی بزرگ‌تر باشد، آن وقت ممکن است الکترود بتواند فعالیت ایجاد شده توسط چندین نورون را ثبت کند. این نوع ثبت اغلب “ثبت چند واحدی” نامیده می‌شود و اغلب در حیوانات هوشیار، برای ثبت تغییرات در ناحیه بخصوصی از مغز در هنگام فعالیت طبیعی استفاده می‌شود.
ثبت به کمک یک یا چند الکترود از این دست، به خصوص از فاصله نزدیک می‌تواند برای شناسایی تعداد سلول‌های اطراف آن و همچنین اینکه کدام یک از فعالیت‌ها از کدام سلول سرچشمه می‌گیرد، مورد استفاده قرار گیرد.
اگر نوک الکترود باز هم بزرگ‌تر باشد، به طور کلی فعالیت سلول‌های عصبی به طور جداگانه قابل تشخیص نیست. اما الکترود هنوز می‌تواند به ثبت پتانسیل میدانی، که توسط فعالیت گروهی از سلول‌ها ایجاد می‌شود، بپردازد.
پیشنهاد میکنیم این مقاله را مطالعه کنید: امواج مغزی چیست؟
ثبت خارج سلولی و پتانسیل‌های میدانی
نوع دیگری از ثبت خارج سلولی ثبت پتانسیل‌های میدانی است. پتانسیل‌های میدانی خارج سلولی، توسط جریان محلی تولید شده و یا منابعی هستند که با فعالیت جمعی گروهی از سلول‌ها ایجاد می‌شوند. معمولاً با فعال شدن همزمان گروهی از نورون‌های با انتقال سیناپسی، پتانسیل میدانی ایجاد می‌شود.
پتانسیل‌های میدان محلی (LFP) سیگنال‌های الکتریکی گذرا هستند، که در اثر فعالیت الکتریکی همزمان سلول‌های انفرادی (به عنوان مثال نورون‌ها) در آن بافت ایجاد می‌شوند.
ثبت خارج سلولی و آمپرومتری
آمپرومتری در الکتروفیزیولوژی روشی است، که از یک الکترود فیبر کربن برای ثبت تغییرات، در ترکیب شیمیایی اجزای اکسیده شده یک محلول بیولوژیکی استفاده می کند.
بر خلاف تکنیک‌های patch clamp، الکترود مورد استفاده برای آمپرومتری وارد سلول نمی‌شود یا به سلول وصل نمی‌شود، اما نزدیکی به سلول را به همراه دارد.
اکسیداسیون و تبدیل، با تغییر ولتاژ در سطح فعال الکترود ثبت در فرآیندی که به “اسکن” معروف است، انجام می‌شود.
از آنجا که برخی از مواد شیمیایی مغز در ولتاژهای مشخصی الکترون را از دست می‌دهند یا به دست می‌آورند، می‌توان گونه‌های فردی را شناسایی کرد.
از آمپرومتری برای مطالعه اگزوسیتوز (exocytosis) در سیستم‌های عصبی و غدد درون ریز استفاده شده است. بسیاری از انتقال دهنده‌های عصبی مونوآمین؛ به عنوان مثال، نوراپی نفرین (نورآدرنالین)، دوپامین و سروتونین (۵-HT) قابل اکسیداسیون هستند.
این روش همچنین می‌تواند بر روی سلول‌هایی انجام شود، که انتقال دهنده‌های عصبی اکسید نشده را با “بارگیری” آنها با ۵-HT یا دوپامین ترشح نمی‌کنند.