Lokální polní potenciály

Lokální terénní potenciál (LFP) je specifická třída elektrofyziologických signálů, která souvisí se součtem veškeré dendritické synaptické aktivity v rámci objemu tkáně.

Signál je zaznamenán pomocí extracelulární mikroelektrody s nízkou impedancí, umístěné dostatečně daleko od jednotlivých lokálních neuronů, aby se zabránilo tomu, že elektrofyziologickému signálu dominuje nějaká konkrétní buňka. Tento signál je pak nízkofrekvenčně filtrován, odříznut na frekvenci ~300 Hz, aby se získalo LFP. Nízká impedance a umístění elektrody umožňuje, aby se na signálu podílela aktivita velkého počtu neuronů. Nefiltrovaný signál odráží součet akčních potenciálů z buněk v rozmezí přibližně 50-350 μm od špičky elektrody (Legatt 1980; Gray 1995) a pomalejší iontové události v rozmezí 0,5-3 mm od špičky elektrody (Juergens 1999). Filtr nízkofrekvenčního přenosu odstraňuje špičatou složku signálu a předává signál s nižší frekvencí, LFP.

Voltmetr nebo analogově-digitální konvertor, ke kterému je mikroelektroda připojena, měří rozdíl elektrického potenciálu (měřený ve voltech) mezi mikroelektrodou a referenční elektrodou. Jeden konec referenční elektrody je také připojen k voltmetru, zatímco druhý konec je umístěn v médiu, které je souvislé s extracelulárním médiem a kompozičně totožné s extracelulárním médiem. V jednoduché tekutině bez přítomnosti biologické složky by docházelo k mírným výkyvům v naměřeném rozdílu potenciálu kolem rovnovážného bodu, tomu se říká tepelný šum. Je to způsobeno náhodným pohybem iontů v médiu a elektronů v elektrodě. V nervové tkáni však otevření iontového kanálu vede k čistému toku iontů do buňky z extracelulárního média, nebo z buňky do extracelulárního média. Tyto lokální proudy mají za následek větší změny elektrického potenciálu mezi lokálním extracelulárním médiem a vnitřkem záznamové elektrody. Celkový zaznamenaný signál tak představuje potenciál způsobený součtem všech lokálních proudů na povrchu elektrody.

Lokální polní potenciál představuje synchronizovaný vstup do sledované oblasti, na rozdíl od hrotových dat, která představují výstup z oblasti. V LFP jsou odfiltrovány rychlé fluktuace potenciálního rozdílu a zůstávají pouze pomalejší fluktuace. Rychlé fluktuace jsou způsobeny krátkými vstupními a vnějšími proudy akčního potenciálu. Proto akční potenciál nehraje v LFP žádnou roli. LFP je tedy složen z trvalejších proudů v tkáni, typických pro somato-dendritické proudy. Hlavním pomalým proudem je postsynaptický potenciál (PSP). Až donedávna se mělo za to, že EPSP a IPSP jsou výhradními složkami LFP. Bylo však zjištěno, že k signálu přispívají jevy nesouvisející se synaptickými ději (Kobajaši 1997; Kamondi 1998). Tyto jevy zde nebudou zkoumány.

Buňky, které přispívají k pomalým změnám pole, jsou určeny geometrickou konfigurací samotných buněk. V některých buňkách dendrity směřují jedním směrem a soma druhým, například pyramidové buňky. To je známé jako geometrické uspořádání otevřeného pole. Když dojde k současné aktivaci dendritů, vznikne silný dipól. V buňkách, kde jsou dendrity uspořádány radiálněji, má potenciální rozdíl mezi jednotlivými dendrity a somou tendenci se rušit diametrálně opačnými dendrity. Výsledkem je, že čistý potenciální rozdíl v celé buňce, když jsou dendrity aktivovány současně, bývá velmi malý. Změny lokálního potenciálu pole tak představují současné dendritické události v buňkách v uspořádání otevřeného pole.