معلومة

كيف تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى زيادة جهد الفعل المركب في بعض الخلايا العصبية؟


في غالبية الخلايا العصبية ، يتناقص جهد الفعل مع زيادة درجة الحرارة ، لكن ورقتين بحثتهما تقولان إن بعض الأعصاب تتصرف بطريقة معاكسة (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20077389/) . لذلك كنت أتساءل ما هي البيولوجيا وراء ذلك.


التجربة: تأثير درجة الحرارة على سرعة التوصيل العصبي

هل يمكنك إبطاء سرعة عمل الانتشار المحتمل؟ هنا ستستخدم درجة الحرارة للقيام بذلك.

ما سوف تتعلم؟

سوف تتعلم كيف تعتمد سرعة التوصيل للعصب على درجة الحرارة ، وسوف تقيس سرعة التوصيل مباشرة تحت ظروف درجة حرارة مختلفة.

مختبرات المتطلبات الأساسية
  • مقدمة لسرعة التوصيل - نوصي بإكمال هذه التجربة أولاً ، حيث ستعلمك كيفية إعداد تجارب ديدان الأرض واستخدام SpikerBox ثنائي القنوات مع Audacity.
  • مقارنة سرعة عصبين - ستساعد هذه التجربة في شرح كيفية التسجيل من كل من الأعصاب الجانبية والأعصاب العملاقة الوسطى لدودة الأرض.
ادوات

إمكانات العمل المركب

يمكنك الوصول إلى هذا القسم للحصول على كل المساعدة التي تحتاجها فيما يتعلق بمقالك وأهدافك التعليمية.

Yentl Smith BIOL 3810-504 إمكانيات الإجراء المركب تاريخ التنفيذ: 15 فبراير 2011 تاريخ الاستحقاق: 01 مارس 2011 مقدمة الخلايا العصبية هي الخلايا التي تستقبل وتنقل الإشارات الكهربائية (جامعة شمال تكساس ، 2010). ترجع قدرة العصبون على إجراء هذه النبضات إلى الجهد الكهروكيميائي عبر غشاء البلازما لتلك العصبون. جهد الفعل هو استجابة كل شيء أو لا شيء لحافز على طول محور عصبي واحد. جهد الفعل المركب هو استجابة متدرجة تنتج من تحفيز أكثر من محور عصبي.

يمكن تقسيم إمكانات العمل إلى خمس مراحل مختلفة: إمكانية الراحة ، والعتبة ، والارتفاع ، والهبوط ، والانتعاش. يكون الجزء الداخلي للخلية مشحونًا سالبًا ويبلغ فرق الجهد عبر غشاء البلازما بين 50 و 90 مللي فولت. في خلية الراحة ، يكون الغشاء أكثر نفاذية للبوتاسيوم من الصوديوم. عندما يجعل النشاط المشبكي الخلية أقل سلبية ، تفتح قنوات الصوديوم. إذا تجاوز جهد الخلية مستوى معينًا ، يتم إنتاج جهد فعل.

جهد الفعل ، التغيرات في إمكانات الغشاء التي تحدث عندما يتم تحفيز غشاء الخلية العصبية (Ritchison) ، تحدث في غضون أجزاء من الألف من الثانية. بعد أن يصل الجهد إلى الحد الأدنى ، يتم فتح المزيد من قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي ويصل جهد الغشاء إلى قيمته الإيجابية القصوى. تغلق قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي بعد فترة وجيزة من الفتح ، وبهذا تنفتح قنوات البوتاسيوم. الآن يندفع البوتاسيوم مرة أخرى إلى الخلية ، ويعيد استقطاب الخلية إلى مستوى الراحة. الآن ، نظرًا لوجود العديد من بوابات البوتاسيوم المفتوحة أكثر مما كانت عليه عندما كانت الخلية في حالة راحة ، فإن الخلية مفرطة الاستقطاب.

أخيرًا ، أصبحت بوابات البوتاسيوم الإضافية التي كانت مفتوحة ومغلقة وقنوات الصوديوم جاهزة للفتح مرة أخرى. لا يوجد شيء مثل إمكانات الفعل الضعيفة أو الجزئية لأن إمكانات الفعل كلها أو لا شيء (Randall، French، & amp Burggren، 2002). إما أنه تم الوصول إلى الحد الأدنى ، مما تسبب في إمكانية إجراء ، أو لم يتم الوصول إليه (Ritchison). مباشرة بعد جهد الفعل ، لا يستجيب الغشاء لأي تحفيز لأن بوابات الصوديوم لا يتم تنشيطها ، ولكن بوابات البوتاسيوم نشطة. تسمى هذه الفترة بفترة المقاومة المطلقة (جامعة شمال تكساس ، 2010).

بعد ذلك بقليل ، يمكن إنتاج جهد فعل آخر ، لكن المنبه يجب أن يكون أكبر من الحد الأدنى لأنه خلال هذا الوقت ، لا يتم تنشيط جميع بوابات الصوديوم. هذه هي فترة المقاومة النسبية. في بداية هذه الفترة ، يلزم وجود منبه أكبر بكثير من العتبة لإنتاج جهد فعل ، ولكن مع مرور الوقت سيحتاج غشاء الخلية العصبية إلى منبه أصغر وأصغر لإحداث جهد فعل. بحلول نهاية فترة المقاومة النسبية ، فقط حافز أعلى بقليل من العتبة سوف ينجز المهمة.

بمجرد البدء بالقرب من سوما ، تنمو إمكانات الفعل وتوزع أسفل المحاور (ساساكي ، ماتسوكي ، وأمبير إيكيجايا). حركة إمكانات الفعل على طول الطريق أسفل محور عصبي ناتجة عن شحنات موجبة في الخلية تتسرب إلى منطقة غير محفزة. تحدث إمكانات العمل فقط في عقد الخلايا النخاعية لأن العزل يمنع تيارات العمل المحتملة من التسرب من الغشاء. المواد والطرق لوح تشريح الضفدع مقص الملقط قضيب زجاجي برأس رفيع حل رينغر تسجيل الخيط حمام الأعصاب بغطاء مختبر الطاقة مدرس مختبر الطاقة أقطاب تسجيل الكمبيوتر أقطاب التسجيل

تم تشريح الضفدع من أجل كشف العصب الوركي. ثم تمت إزالة العصب الوركي ووضعه في حمام من محلول رينجر. ثم يتم وضع العصب في حمام عصبي متصل بمختبر الطاقة لتلقي المنبهات. قام الكمبيوتر بتسجيل البيانات. كانت هناك ثلاثة أجزاء لهذه التجربة: عتبة الجهد والسعة المحتملة للعمل المركب الأقصى ، وفترة الانكسار ، وسرعة التوصيل للعصب. النتائج كان الجزء الأول من هذه التجربة هو تشريح الضفدع وإزالة العصب الوركي. تم تأمين الحيوان إلى لوحة تشريح مع جانبه البطني لأعلى ووضعه في مقلاة تشريح.

باستخدام المقص ، تم قطع جلد الضفدع حول بطنه وتقشيره إلى أسفل وخارج الساقين. باستخدام الملقط ، تم الإمساك بنمط البول وقطعه مجانًا ، وكشف الضفيرة العصبية الموجودة أسفله مباشرة. باستخدام الخطاف الزجاجي ، تم تحديد موقع العصب الوركي ورفعه من الشريان الوركي وقطع من الحبل الشوكي. تم ربط الخيط حول الطرف الحر وبعد قطع الساق من البطن ، تم قطع بقية العصب من عضلة الربلة. كانت الخطوة الثانية لهذه التجربة هي الإعداد المناسب للمعدات (أي حمام الأعصاب ومختبر الطاقة). يتم توصيل الأقطاب الكهربائية المحفزة بحمام العصب أولاً.

يتم توصيلها في النهاية حيث تكون الملفات أقرب لبعضها ويتم توصيل موصلات BNC بموصلات خرج Power Lab. هناك مجموعتان من أقطاب التسجيل التي يجب توصيلها بالحمام العصبي أيضًا. المجموعة الأولى متصلة هنا: المجموعة الثانية من أقطاب التسجيل متصلة هنا: يجب توصيل موصلات BNC الموجبة والسالبة للخيوط المحفزة بالمخرجات التناظرية في Power Lab. يجب توصيل المجموعة الأولى من أقطاب التسجيل بالإدخال 1 ، ويجب توصيل المجموعة الثانية بالإدخال 2 في معمل الطاقة كما هو موضح:

أخيرًا ، يمكن أن تبدأ التجربة. في التمرين 1 ، تم تحديد جهد العتبة والسعة المحتملة للعمل المركب القصوى. اضبط جهد التحفيز على 10mV في Lab Tutor. انقر فوق ابدأ ، وبعد تأخير قدره 1 مللي ثانية ، سيقوم برنامج الكمبيوتر بتحفيز العصب والتسجيل لمدة 5 مللي ثانية. استمر في زيادة الجهد بمقدار 10 مللي فولت حتى يكون هناك على الأقل ثلاث استجابات متتالية لا تزيد في السعة. إذا لم تحصل على ثلاث ردود متتالية ، فتوقف عند الوصول إلى 400 ملي فولت. التحفيز (بالسيارات) | جهد العمل المركب (بالسيارات) | 10 | | 20 | 2. 79 | 30 | 4. 17 | 40 | 5. 8 | 50 | 6. 92 | 60 | 8. 24 | 70 | 9. 63 | 80 | 10. 99 | 90 | 12. 30 | 100 | 13. 67 | 110 | 15. 09 | 120 | 14. 89 | 130 | 16. 42 | 140 | 17. 71 | 150 | 19. 15 | 160 | 20. 62 | 170 | 21. 94 | 180 | 23. 31 | 190 | 24. 15 | 200 | 26. 01 | 210 | 27. 17 | 220 | 28. 31 | 230 | 28. 87 | 240 | 30. 52 | 250 | 31. 70 | 260 | 32. 71 | 270 | 33. 47 | 280 | 34. 33 | 290 | 34. 84 | 300 | 36. 05 | 310 | 36. 81 | 320 | 37. 49 | 330 | 37. 94 | 340 | 38. 34 | 350 | 38. 64 | 360 | 39. 10 | 370 | 39. 30 | 380 | 39. 41 | 390 | 39. 56 | 400 | 39. 65 | بعد 43 تجربة لزيادة السعة ، لم يتم الوصول إلى أقصى جهد للعمل المركب مطلقًا.

استمرت إمكانات الفعل المركب في الزيادة حتى أصبح التحفيز 500 مللي فولت ، حيث تم تسجيل جهد الفعل المركب على أنه 21 مللي فولت. هذا ما بدا عليه الرسم البياني بعد التجربة 1. المحور X هو جهد التحفيز (mV) والمحور Y هو الاستجابة (mV). كلما زاد جهد التحفيز ، زادت الاستجابة من العصب. في التمرين 2 ، يتم تحديد فترة مقاومة العصب. تم ضبط جهد التحفيز على أصغر جهد مطلوب لأقصى جهد CAP في التمرين السابق ، والذي كان 20 مللي فولت ، وتم ضبط الفاصل الزمني عند 4. مللي ثانية. بعد النقر على زر البداية ، قام مدرس المختبر بتحفيز العصب مرتين وسجل لمدة 10 مللي ثانية. الآن يجب تقليل الفاصل الزمني بمقدار 0. 5 مللي ثانية حتى تم الوصول إلى 2. 0 مللي ثانية. بعد ذلك ، انخفض الفاصل الزمني بمقدار 0. 1 مللي ثانية حتى تم الوصول إلى 1. 0 مللي ثانية. الفاصل الزمني للتحفيز | السعة الثانية CAP | 4. 0 | 2. 93 | 3. 5 | 2. 92 | 3. 0 | 2. 94 | 2. 5 | 2. 84 | 2. 0 | 2. 90 | 1. 9 | 2. 94 | 1. 8 | 2. 89 | 1. 7 | 2. 87 | 1. 6 | 2. 80 | 1. 5 | 2. 86 | 1. 4 | 2. 90 | 1. 3 | 2. 81 | 1. 2 | 2. 88 | 1. 1 | 2. 91 | 1. 0 | 2. 86 | مع انخفاض الفاصل الزمني للتحفيز ، بقيت سعة CAP ضمن نطاق +/- 0. mV من 2. 93 mV الأولي. في التمرين 3 ، تم تحديد سرعة التوصيل للعصب. في لوحة التحفيز ، تم إدخال 40 مللي فولت. بعد النقر على زر البدء ، سجل Lab Tutor على قناتين مختلفتين لمدة 5 مللي ثانية. تم استخدام مسطرة لقياس المسافة بالمليمترات بين الخيوط السالبة لقطبي التسجيل. تم استخدام مؤشر شكل الموجة والعلامة لتحديد الفاصل الزمني لسفر CAP بين القطبين. مات العصب المستخدم لهذا المختبر بالذات في هذا الجزء من التجربة ، ولهذا السبب لا توجد ذروة ثانية في هذا الرسم البياني.

المناقشة لم تكن نتيجة التمرين 1 كما ينبغي أن تكون. يجب أن تكون هناك نقطة توقف فيها اتساع جهد الفعل المركب عن الزيادة. ومع ذلك ، لم يتم الوصول إلى الحد الأقصى من التحفيز. الزيادة المستمرة في السعة عند الفولتية التحفيزية العالية ناتجة عن محاور إضافية داخل العصب تصل إلى عتبة كل منها (جامعة شمال تكساس ، 2010). في التمرين 2 ، كانت النتائج جيدة. في الرسم البياني ، يمكنك أن ترى بوضوح زيادة الفواصل الزمنية لأن السعة كانت ثابتة في الغالب.

ساعد استخدام اثنين من المحفزات ، وكلاهما قريب من الحد الأقصى ، في تحديد فترتي المقاومة. في بداية فترة المقاومة ، كانت هناك حاجة إلى حافز كبير من أجل إطلاق جهد فعل. تدريجيا ، كان التحفيز المطلوب أضعف وأضعف. في التمرين 3 ، مات العصب المستخدم في هذه التجربة أثناء الاختبار. كان من المفترض أن يتم تحديد سرعة التوصيل. يحتوي هذا العصب الوركي على عدة أنواع مختلفة من الألياف العصبية ، ولكل منها سرعة التوصيل الخاصة به. يختلف الاختلاف باختلاف الأقطار وكذلك المستويات المختلفة لتكوين النخاع في الألياف العصبية.

يرجع الاختلاف بين الألياف من النوع A و B إلى الاختلاف في القطر (النوع A 18-11um من النوع B 3um) ، ويعتمد الاختلاف في سرعة التوصيل بين ألياف النوع B و C على حالات مختلفة من تكون الميالين (جامعة شمال تكساس ، 2010). مع هذا التمرين ، يجب أن تكون الاختلافات في سرعة التوصيل بين الأنواع المختلفة من الألياف العصبية واضحة. الخاتمة إمكانات العمل وخلقها من أهم جوانب الجهاز العصبي. إنه أساس التواصل العصبي. الأفكار والمشاعر والحركة ليست سوى عدد قليل من الأشياء المهمة التي تتطلب إمكانات فعلية.


إعداد MP35 والتوصيلات لتسجيل CAP: s

من المفترض أن MP3X و BSLSTMA متصلان بمصادر الطاقة (AC100) ولكنهما في وضع الإيقاف. من المفترض أيضًا أن MP3X متصل بالكمبيوتر المضيف وأن برنامج BSL PRO قد تم تثبيته وتشغيله. يرجى الرجوع إلى دليل Biopac Student Lab PRO للحصول على التفاصيل.

إعداد الأجهزة

التوصيلات بمحفز BIOPAC (BSLSTMx)

وصلات للغرفة العصبية

  • راجع مخطط التوصيل التالي.
    • & quotR & quot؛ تشير إلى كابل التسجيل (BSLCBL3A أو BSLCBL4B).
    • يعتبر كبل & quotGround & quot هو السلك الأسود لكابل التسجيل.
    • يجب توصيل الأسلاك الأرضية لكابل التسجيل وكابل المحفز (أسود ، Stim-) بنفس النقطة في غرفة العصب.
    • قد يختلف وضع الرصاص بسبب طول العصب أو نوع الغرفة العصبية المستخدمة. الخيوط تحتاج فقط
      لاتباع الترتيب العام الموضح في هذه الرسوم البيانية. أي أن الاستجابة الإيجابية تؤدي (أحمر - R +)
      يجب وضعه بعيدًا عن يؤدي المحفز عن يؤدي الاستجابة السلبية (أبيض - R-) ، ولكن
      يمكن وضع كلاهما على نفس الجانب من الغرفة العصبية.
    • من المهم جدًا أن يكون لديك اتصال كهربائي قوي بين أسلاك توصيل BSL والعصب
      غرفة. إذا كان هناك تآكل على أي سلك أو مقبس ، فيجب تنظيفه. من الأهمية بمكان أن يكون لديك ضيق
      تناسب بين الرصاص والمقبس.
    • ضع حجرة العصب في أفضل مكان للوصول إليها دون أن تصطدم بغرفة العصب أو
      سحب الكابلات أو الأسلاك.
    • من المهم أن يكون لديك اتصال جيد بين العصب والمسامير في الحجرة. طريق واحد الى
      التأكد من أن الوصلات الجيدة هي كشط الجزء العلوي من دبابيس غرفة العصب باستخدام وسادة كاشطة ،
      مثل BIOPAC ELPAD ، ثم نظفها بالكحول.

    إعداد البرنامج

    • قم بتشغيل برنامج BSL PRO. سيقوم البرنامج تلقائيًا بإحضار نافذة جديدة & quotUntitled1 & quot.
    • انقل ملف القالب (CAPtemp) من الشبكة إلى سطح المكتب وافتحه. لا تفتح الملف على stushares
    • سيفتح القالب على نافذة الرسم البياني ونافذة المحفز.
    • الأهمية! يجب أن تظل نافذة المحفز مفتوحة أثناء الاستحواذ.
    • تأكد من اتصال BSL PRO بوحدة MP3X.
    • إذا كنت تعمل بشكل صحيح ، يجب أن يكون هناك ضوء أخضر بجوار الزر & quotStart & quot

    إعداد البرنامج

    • الأهمية! يجب أن تظل نافذة المحفز في البرنامج مفتوحة أثناء الاستحواذ!
      • للحصول على مراجعة سريعة لاستخدام BIOPAC Stimulator ، يرجى الاطلاع على دليل أجهزة BSL.
      • استخدم المفتاح لتعيين & quotRange & quot من 0 إلى 10 فولت (إلى اليمين).
      • اقلب المفتاح & quotReference & quot إلى & quot الوضع الفعلي & quot (لأعلى).
      • أدر مفتاح & quotLevel & quot بالكامل عكس اتجاه عقارب الساعة لضبط المحفز على 0 فولت.
      • في كل مرة يبدأ فيها التسجيل ، يجب أن يومض ضوء الخرج الموجود في مقدمة جهاز التحفيز.

      إعداد المحفز

      الأهمية! يجب أن تظل نافذة المحفز في البرنامج مفتوحة أثناء الاستحواذ!

      • للحصول على مراجعة سريعة لاستخدام BIOPAC Stimulator ، يرجى الاطلاع على دليل أجهزة BSL.
      • استخدم المفتاح لتعيين & quotRange & quot من 0 إلى 10 فولت (إلى اليمين).
      • اقلب المفتاح & quotReference & quot إلى & quot الوضع الفعلي & quot (لأعلى).
      • أدر مفتاح & quotLevel & quot بالكامل عكس اتجاه عقارب الساعة لضبط المحفز على 0 فولت.
      • إذا لم يكن الكمبيوتر قيد التشغيل بالفعل ، فقم بتشغيله الآن ، متبوعًا بوحدة MP3X ثم BIOPAC Stimulator.
      • تحقق من شاشة LED للتأكد من ضبط المحفز على 0 فولت.
      • تأكد من أن المحفز يعمل بالضغط على زر & quotStart & quot لبدء عملية الاستحواذ.
      • في كل مرة يبدأ فيها التسجيل ، يجب أن يومض ضوء الخرج الموجود في مقدمة جهاز التحفيز.
        ملحوظة: عند تكرار عملية الاستحواذ ، ستحصل على تحذير & quotOverwrite الحالية؟ & quot
        ببساطة انقر فوق & quotOK. & quot لتشغيل هذا

      معايرة

      يجب معايرة MP3X مع إشارة & quotReference Out & quot للمحفز للتأكد من أن القراءة الأساسية هي 0
      فولت.

      • مع إيقاف تشغيل المحفز (بالنسبة لـ BSLSTMx ، ينبض الضوء الموجود أمام المحفز غير مضاء أو يومض) ، انقر فوق
        في منطقة Vertical Scale للقناة 1 لإنشاء نافذة Vertical Scale. انقر فوق & quotScaling… & quot
        لتوليد نافذة & quot تغيير معلمات القياس & quot. يجب أن تكون الإعدادات الأولية كما يلي:
        • قيمة الإدخال 0 mV تعيين مقياس قيمة 0 فولت
        • ترسم قيمة الإدخال 1 مللي فولت إلى مقياس قيمة 1 فولت

        1 المقدمة

        يسمح التصوير المقطعي بالمقاومة الكهربائية (EIT) بتصوير تغيرات المقاومة (dZ) في الأنسجة العصبية التي تنشأ من فتح القنوات الأيونية على مدى أجزاء من الثانية (أوه) وآخرون 2011 ، أريستوفيتش وآخرون 2016 ، فوشارد وآخرون 2016 ، فولكنر وآخرون 2017 ، أريستوفيتش وآخرون 2018، حنان وآخرون 2018). لديه القدرة على استخدامه في التعويضات العصبية (Hope وآخرون 2018) والمجال الجديد للأدوية الكهربائية (Famm 2013 ، Waltz 2016). يهدف هذا الأخير إلى علاج المرض عن طريق التحفيز الكهربائي للأعصاب اللاإرادية. يوفر EIT بكفة عصبية أسطوانية وسيلة جديدة لتصوير جهد الفعل المركب (CAPs) في الحزم داخل الأعصاب اللاإرادية ، وبالتالي يوفر طريقة لتجنب التأثيرات غير المستهدفة عن طريق التحفيز الانتقائي للحزم المحددة.

        في المستحضرات الكهربائية عند البشر ، قد يكون أحد الأهداف هو إجراء EIT عصبي سريع مع وجود كفة حول العصب المبهم العنقي وتعديل النشاط في أعضاء البطن التي يمكن أن تكون على بعد متر واحد. يعتمد EIT العصبي السريع على تصوير تغيرات المعاوقة بمرور الوقت وبالتالي الاختلافات خلال أجزاء من الثانية خلال CAP. التشتت له تأثير على تخفيف هذه الاختلافات وبالتالي يشكل تحديًا لتسجيل صور EIT فيما يتعلق بـ CAP في المستحضرات الكهربائية.

        1.1. تشتت في الأعصاب

        بسبب التباين في أحجام الألياف في الأعصاب وتناسب سرعة التوصيل مع قطر الألياف (Waxman 1980) ، تختلف سرعات الانتشار للألياف الفردية. ونتيجة لذلك ، فإن سعة جهد الفعل المركب باعتباره مجموعًا إجماليًا لجميع إمكانات الفعل الفردية يتناقص على طول العصب بعد بدئه ، ويُعرَّف هذا عمومًا على أنه تشتت مؤقت (Freeman 1972، Dorfman 1984، Olney وآخرون 1987 ، تايلور 1993 ، شولت ماتلر وآخرون 2001) (الشكل 3).

        يكون تأثير التشتت أكبر بكثير في الأعصاب ذات القطر الصغير غير المفلترة. تمت دراسته بشكل أساسي في الأعصاب المحيطية التي تتكون بشكل أساسي من ألياف نخاع كبيرة لأنها تنتج إشارات ذات مقادير أعلى ولديها عتبات تحفيز أقل (Hallin and Torebjörk 1973 ، Torebjörk and Hallin 1974). على سبيل المثال ، كان هناك انخفاض بنسبة 36٪ في جهد الفعل المركب عند تحفيز العصب الزندي البشري في مناطق فوق الكوع والمعصم والتسجيل عند الرقم الخامس (Olney وآخرون 1987). في فيلم Taylor (1993) و Schulte-Mattler وآخرون (2001) ، تم تحفيز الأعصاب الطرفية البشرية الكبيرة بما في ذلك الوسيط ، والزندي ، والشظوي الشائع ، والظنبوب ، وتم تسجيل إمكانات العمل الحركي المركب على بعد بضع عشرات من السنتيمترات من المنبه.أظهرت هذه الدراسات اتساعًا صغيرًا وتآكلًا في المنطقة كانا في حدود 5٪ -45٪ لكل متر من طول العصب. على النقيض من ذلك ، في العصب الشمي للقطط (Freeman 1972) والذي يتكون بشكل أساسي من ألياف صغيرة غير مبطنة 0.1-0.5 ميكرومترمتر في القطر ، لا يمكن تسجيل CAPs أبعد من 2.5 مم من موقع التحفيز. في المبهم ج الألياف ، كان هناك انخفاض بنسبة 50 ٪ عند 4 مم من نقطة التنشيط (Chang وآخرون 2015).

        1.2 عصبية سريعة تمر بمرحلة انتقالية

        على غرار EIT التقليدي ، فإن EIT العصبي السريع قادر على إعادة بناء صورة للتغيير في توصيل الأنسجة عن طريق حقن التيارات الكهربائية وتسجيل الفولتية السطحية (Aristovich وآخرون 2018). لقد ثبت أن EIT العصبي السريع قادر على تصوير التغيرات السريعة في القشرة الحسية الجسدية للجرذ (Aristovich وآخرون 2016) وتم تطبيقه بنجاح على العصب الوركي لدى الفئران في الجسم الحي للحصول على صور في الوقت الحقيقي في حزم الظنبوب والشظية (Aristovich وآخرون 2018). لهذا الغرض ، تم تحفيز العصب الظنبوبي الخلفي والأعصاب الشظوية الشائعة كهربائياً وتم تسجيل النشاط باستخدام الكفة المرنة متعددة الأقطاب الموضوعة على جذع العصب الوركي الرئيسي على بعد بضعة سنتيمترات من موقع التحفيز. كانت الدقة المكانية والزمانية للصور 100 ميكرومترم و 0.3 مللي ثانية على التوالي والتي تبين أنها أفضل من تلك التي تم الحصول عليها باستخدام تحليل المصدر العكسي. كانت النتائج المقدمة في تلك الدراسة بمثابة دليل على المفهوم وأظهرت الإمكانات العالية لـ EIT العصبي السريع لتصوير الأعصاب على مستوى الحزم.

        ومع ذلك ، فإن حوالي نصف الألياف الموجودة في العصب الوركي للجرذ تكون ميالين (Schmalbruch 1986 ، Fouchard وآخرون 2016) بأقطار أكبر وسرعات توصيل أكبر ، وبالتالي فهي تشغل غالبية منطقة المقطع العرضي للأعصاب. تم تصوير هذه الألياف الكبيرة فقط في أريستوفيتش وآخرون (2018) لأن لديهم عتبات تنشيط أقل ومستويات تشتت أقل بشكل ملحوظ مقارنة بالمستويات غير المليئة (للحصول على شرح مفصل ، انظر القسم 1.3 أدناه).

        1.3 الآثار المترتبة على التشتت من أجل سرعة انتقال عصبي يمر بمرحلة انتقالية

        يعد استخدام EIT للتصوير داخل الأعصاب اللاإرادية أكثر صعوبة نظرًا لوجود نسبة إشارة إلى ضوضاء أقل. وقد حفز هذا على تطوير نماذج رقمية لفتح القناة الأيونية وما يترتب على ذلك من تغييرات في المعاوقة في العصب المحيطي بهدف اقتراح المعلمات الكهربائية والهندسية المثلى لـ EIT أثناء CAP. تم نشر هذه حتى الآن لمحاور الحبار العملاقة غير الملقحة مع القنوات الأيونية Hodgkin-Huxley (Hodgkin and Huxley 1952) والثدييات ج-المستقبلات العصبية (Tigerholm وآخرون 2014) مع ما يصل إلى ثمانية ألياف متطابقة مع إمكانات عمل بدأت في وقت واحد (AP) (Tarotin وآخرون 2019). ومع ذلك ، فإن الأعصاب اللاإرادية الحقيقية مثل العصب المبهم العنقي تتكون من آلاف الألياف الصغيرة المماثلة. أكثر من ثلثي هؤلاء هم غير مخلوطين في الثدييات (De Neef وآخرون 1982، Asala and Bower 1986، Prechtl and Powley 1987، Soltanpour and Santer 1996) والبشر (Shimizu وآخرون 2011 ، فيرليندن وآخرون 2016) لها سرعات توصيل بطيئة (CV) تبلغ حوالي

        0.5-2 م ث -1 (Coleridge and Coleridge 1984). هذه الألياف لها أقطار مختلفة وكذلك السيرة الذاتية. هذا يسبب تشتت جهود العمل على طول العصب أثناء التكاثر. وبالتالي ، من الصعب تسجيل إشارة ذات سعة كافية عند الابتعاد عن نقطة التحفيز ، وهذا التأثير أكبر نسبيًا بالنسبة للألياف غير المبطنة من الألياف الموصلة الأسرع. على سبيل المثال ، في العصب الوركي للجرذان ، لا يمكن تسجيل تغيرات كبيرة في المعاوقة إلا في الألياف السريعة ذات التشتت المنخفض لأكثر من 5 سم من موقع البداية (Aristovich وآخرون 2018). كما أظهرت قياسات المقاومة في عصب ساق المشي في السلطعون غير الملقح (Boone 1995) تشتتًا عاليًا مع إمكانية تسجيل CAP حتى 1.6 سم فقط من المنبه. بالإضافة إلى ذلك ، كان من الممكن تصوير الألياف السريعة فقط باستخدام EIT العصبي السريع في تجربة العصب الوركي للفئران (Aristovich وآخرون 2018) أثناء نشاط ج كانت الألياف غير مرئية.

        على الرغم من هذه المشكلة ، هناك إمكانية لـ EIT لتصوير الألياف غير المبطنة على مسافات أكبر من CAP. وذلك لأنه من المتوقع أن تتشتت إمكانات العمل خارج الخلية للألياف الفردية في وقت أقرب من تغيرات المعاوقة ذات الصلة. هذا لأن CAPs عادة ما تكون ثنائية الطور أو ثلاثية الأطوار (Harper and Lawson 1985 ، Gold وآخرون 2006، Agudelo-Toro and Neef 2013، Ghitani وآخرون 2017) حتى تلغى عند تفريقها بالتشتت. قد يكون من المتوقع أن يكون هذا التأثير أقل بكثير لتغيرات الممانعة التي تكون في الأساس أحادية الطور (Faulkner وآخرون 2017 ، أريستوفيتش وآخرون 2018) من حيث المبدأ ، لذلك يجب أن تنخفض dZ بشكل أبطأ من CAP.

        لقد استكشفنا إمكانية تسجيل dZ أكثر من CAPs من خلال تطوير نماذج حسابية FEM ثلاثية الأبعاد تشتمل على 50 ليفًا مع HH (Hodgkin and Huxley 1952) أو ج-nociceptor (Tigerholm وآخرون 2014) القنوات الأيونية ذات الأحجام الموزعة بشكل طبيعي وسرعات الانتشار. تم ربط هذه النماذج ثنائية الاتجاه بالمساحة الخارجية التي سمحت بحقن التيار الكهربائي عبر الأقطاب الكهربائية الخارجية والتسجيل الخارجي المتزامن على مسافات مختلفة أسفل العصب. تم تطوير نماذج إحصائية مبسطة مطابقة للنماذج الدقيقة لتسريع العمليات الحسابية والسماح بمحاكاة dZ للأعصاب المعقدة باستخدام محاور & gt10 k. إذا تم تحسين نماذج FEM الدقيقة ثلاثية الأبعاد المطورة من الناحية الحسابية ، فيمكن توسيعها لتصل إلى آلاف الألياف ذات الخصائص الهندسية والكهربائية المختلفة مع إضافة نسيج متصل. ستكون مثل هذه النماذج ثلاثية الأبعاد الكاملة أداة قيمة لمحاكاة سلوك الأعصاب في الظروف العادية أو غير الطبيعية وتحت المحفزات الخارجية المختلفة.

        1.4 غرض

        كان الغرض من هذه الدراسة هو التحقيق في سلوك تغيير المعاوقة في الأعصاب المركبة المعقدة نسبة إلى CAP. كان هناك اهتمام خاص باختبار الفرضية القائلة بأن تغيرات المعاوقة يمكن تسجيلها أسفل العصب من موقع تحفيزها أكثر من CAP.


        مناقشة

        اختلفت سرعة التوصيل للمحاور العصبية في عصب الساق بين الأنواع في الترتيب C. maenas & gt G. antarcticus & gt P. gibber & gt L. oceanica (الشكل 2E). بالنسبة للأنواع المعتدلة ، كان الفرق بين سرعات التوصيل عند +2 درجة مئوية و + 23 درجة مئوية (أي يمتد نطاقها البيئي الطبيعي) 3 أضعاف فيC. maenas، و 3.9 أضعاف في L. Oceanica. بالنسبة لكلا النوعين في أنتاركتيكا ، كان هناك اختلاف بمقدار 1.2 ضعف فقط بين سرعات التوصيل في أقصى نطاق بيئي (-1.8 درجة مئوية) ضد + 1.5 درجة مئوية انظر الجدول 2).

        سرعة التوصيل العصبية المنخفضة لـ L. Oceanica منC. maenas يتزامن مع اختلاف كبير في حجم الساق. أطوال الساق هي ترتيب من حيث الحجم أكبر في C. maenas من في L. Oceanica(حوالي 10 سم لطول 6 سم C. maenas، حوالي 1 سم لطول 2.3 سم L. Oceanica). عند 10 درجة مئوية ، تكون سرعة التوصيل للمحاور في L. Oceanica كانت 1.24 m s –1 لذلك يستغرق الأمر 7 مللي ثانية حتى ينتقل جهد الفعل بمقدار 1 سم على طول الساق. إذا كانت سرعة التوصيل متماثلة تمامًا في C. maenas، سوف يستغرق الأمر 70 مللي ثانية للانتقال إلى أسفل ساقه. سرعة التوصيل الأسرع في C. maenas(3.2 م ث -1 عند 10 درجات مئوية) ، يعني أن الأمر يستغرق 31 مللي ثانية فقط للسفر بطول الساق.

        سرعات التوصيل العصبية في قشريات البراكار ذات الحجم المماثل من أنتاركتيكا (P. gibber) ومعتدل (L. Oceanica) كانت البيئات متشابهة جدًا عند قياسها عند درجات حرارة بيئية مناسبة خاصة بالأنواع. عند الحد الأدنى لدرجة الحرارة البيئية في القطب الجنوبي عند -1.8 درجة مئوية ، تكون سرعة التوصيل في P. gibber كان 0.71 م ث -1. سرعة التوصيل في نسبيها المعتدل L. Oceanica كان أبطأ بنسبة 24 ٪ من ذلك ، عند 0.54 متر ثانية -1 ، عند قياسه عند درجة حرارة البيئة الدنيا الأعلى لتلك الأنواع + 2 درجة مئوية (الجدول 2). حتى عند درجة حرارة 10 درجة مئوية ، تقريبًا نقطة الوسط لنطاق درجة الحرارة لـ L. Oceanica، وأعلى بكثير من الحد الأقصى لدرجة الحرارة البيئية لـ P. gibber، حافظت الأنواع في أنتاركتيكا على سرعة توصيل أسرع من نسبيها المعتدل. على الرغم من أن التعويض الجزئي (Prosser ، 1958) قد لوحظ في كل من أسماك أنتاركتيكا (Macdonald ، 1981) وأسماك القطب الشمالي (Melani and Moran ، 1998) ، فإن بياناتنا تقدم دليلًا على التعويض المثالي لسرعة التوصيل العصبي في القشريات فوق القطبي المعتدلة والقشريات القطبية الجنوبية. سرعة التوصيل في L. Oceanica فقط أصبح أسرع من ذلك في P. gibber عند درجات حرارة أعلى من 10 درجات مئوية (الجدول 2). هذا يعني أنه عند مقارنتها بحدود درجة الحرارة البيئية العليا لكل منهما التي تبلغ + 1.5 درجة مئوية و + 23 درجة مئوية ، كانت سرعة التوصيل في أنواع أنتاركتيكا (0.85 مللي ثانية -1) أبطأ بنسبة 60٪ عنها في المناطق المعتدلة (2.11 مللي ثانية -1) ).

        تأثير درجة الحرارة على سرعة التوصيل للعصبونات أو أعصاب اللافقاريات التي تم تحديدها ، من هذه الدراسة [C. maenas (سم.أ، سم. ب)، L. Oceanica (L.o.), G. أنتاركتيكس (ج.) و P. gibber (ص.) الرموز المفتوحة) والبيانات المنشورة (الرموز الصلبة والرمادية) المفتاح: 1 الحبار Loligo vulgaris، الخلايا العصبية الحركية (MN) (تشابمان ، 1967) 2 العنكبوت كوبينيوس سالي، العصب الحسي (SN) (Höger and French ، 1999) 3 صرصور Periplaneta أمريكانا، SN (Chapman and Pankhurst، 1967) 4 الجراد الجراد المهاجر MN (Xu and Robertson، 1994) 5 الجراد الجراد المهاجر interneurone (IN) (Money et al.، 2005) 6 الجراد Schistocerca gregaria (MN) (بوروز ، 1989) 7 G. أنتاركتيكس، العصب البطني وتسجيلات عصب الساق مجتمعة (ماكدونالد ، 1981) ، 8 C. maenas، SN (فريزر ، 1990) و 9 Colossendeis robusta، تسجيلات عصب الساق (ماكدونالد ، 1981).

        تأثير درجة الحرارة على سرعة التوصيل للعصبونات أو أعصاب اللافقاريات التي تم تحديدها ، من هذه الدراسة [C. maenas (سم.أ، سم. ب)، L. Oceanica (L.o.), G. أنتاركتيكس (ج.) و P. gibber (ص.) الرموز المفتوحة) والبيانات المنشورة (الرموز الصلبة والرمادية) المفتاح: 1 الحبار Loligo vulgaris، الخلايا العصبية الحركية (MN) (تشابمان ، 1967) 2 العنكبوت كوبينيوس سالي، العصب الحسي (SN) (Höger and French ، 1999) 3 صرصور Periplaneta أمريكانا، SN (Chapman and Pankhurst، 1967) 4 الجراد الجراد المهاجر MN (Xu and Robertson، 1994) 5 الجراد الجراد المهاجر interneurone (IN) (Money et al.، 2005) 6 الجراد Schistocerca gregaria (MN) (بوروز ، 1989) 7 G. أنتاركتيكس، العصب البطني وتسجيلات عصب الساق مجتمعة (ماكدونالد ، 1981) ، 8 C. maenas، SN (فريزر ، 1990) و 9 Colossendeis robusta، تسجيلات عصب الساق (ماكدونالد ، 1981).

        كانت سرعة التوصيل العصبي أسرع بكثير في تسجيلاتنا من C. maenas مما كانت عليه في دراسة سابقة (الشكل 8) (Fraser ، 1990) ، ربما لأن البيانات السابقة كانت من a C. maenas العصب الحسي. سرعة التوصيل العصبي G. أنتاركتيكس في دراستنا كان أبطأ قليلاً مما ورد في دراسة سابقة (الشكل 8) (Macdonald ، 1981) ، على الرغم من الاعتماد الحراري لسرعة التوصيل العصبي لـ G. أنتاركتيكس كان مشابهًا [0.058 م ث -1 درجة. -1 ، هذه الدراسة 0.052 م ث -1 درجة. -1 (ماكدونالد ، 1981)].

        الاعتماد الحراري لسرعة التوصيل العصبي

        كان لسرعة التوصيل العصبي اعتماد أعلى على درجة الحرارة في المناطق المعتدلة C. maenas من الأنواع الموجودة في أنتاركتيكا G. أنتاركتيكس و P. gibber(الشكل 3 أ). في المقابل ، الأنواع الأخرى المعتدلة L. Oceanica، لا ، لذلك لا يمكن للقدرة الحرارية وحدها أن تفسر التبعيات الحرارية المختلفة للأنواع المختلفة. L. Oceanica له اعتماد حراري مماثل لتلك الخاصة بأنواع أنتاركتيكا التي تم اختبارها في الدراسات الحالية والسابقة (الشكل 8) ، ولكن الاعتماد الحراري لسرعة التوصيل في C. maenas هو أكثر شبهاً بتلك الموجودة في الحشرات الاستوائية التي تمت دراستها حتى الآن (الشكل 8). قد يكون من المفيد لC. maenas، وربما الحشرات الاستوائية ، للحصول على اعتماد حراري أعلى لسرعة التوصيل العصبي ، بحيث يمكن تعديل المعدلات السلوكية بقوة لاستخدام الموارد التي تتقلب مع درجة الحرارة.

        المفصليات المدارية التي تمت دراستها حتى الآن غير نشطة نسبيًا في درجات الحرارة المنخفضة (مثل Uvarov ، 1977). لذلك ، فإن دراستنا توسع إلى حد كبير تنوع الحيوانات التي تمت دراسة الاعتماد على درجة الحرارة لوظيفة الخلايا العصبية. علاوة على ذلك ، تمتد بياناتنا بأكثر من 10 درجات مئوية وهي أدنى درجات الحرارة التي تم تحليلها في معظم الدراسات السابقة ، وتشمل لأول مرة درجات حرارة أقل بكثير من 0 درجة مئوية. وتبين أن الاعتماد الخطي للسرعة المُبلغ عنه في مجموعة من الأنواع (الشكل 8) يستمر إلى -1.8 درجة مئوية في جميع أنواع القشريات الأربعة التي درسناها. يُفترض أن الاعتماد الحراري العالي لسرعة التوصيل في الأنواع الاستوائية (الشكل 8) يساهم في الاعتماد الحراري العالي للوظائف السلوكية ، مثل تردد ضربات الجناح في الجراد الطائر (Xu and Robertson ، 1994).

        من الدراسات السابقة ، فقط تلك الخاصة بالحبار Loligo vulgaris(تشابمان ، 1967) أظهر اعتمادًا غير خطي على درجة الحرارة لسرعة التوصيل (الشكل 8). هنا ، انخفض معدل التوصيل بشكل ملحوظ عند درجات حرارة أقل من 0 درجة مئوية. تُظهر بياناتنا أن عدم الخطية ذات درجة الحرارة المنخفضة هذه ليست ميزة عامة عبر الأنواع. بياناتنا الخاصة بـ C. maenas، في المقابل ، تكشف عن عدم خطية موجبة في درجات حرارة عالية (& GT10 درجة مئوية) في بعض الحيوانات وهضبة ضعيفة في البعض الآخر (الشكل 2E). من غير المعتاد أن يكون للعملية الفسيولوجية اعتماد خطي على درجة الحرارة ، ومع ذلك مع استثناءات قليلة جدًا (على سبيل المثال. C. maenas، هذه الدراسة) ، التوصيل العصبي يفعل (الشكل 2) (Macdonald ، 1981) ، لذلك ليس من الواضح ما إذا كان هذا الخطي ناتجًا عن تفاعل العديد من العلاقات غير الخطية ، أو أنه ناتج عن عامل أساسي واحد له عامل إيجابي علاقة خطية مع درجة الحرارة.

        الكتلة الحرارية العلوية للتوصيل العصبي

        جميع الأنواع الأربعة التي تمت دراستها لها درجات حرارة متشابهة في الكتلة الحرارية العليا (الشكل 2). على الرغم من أن الأنواع المعتدلة تعيش في درجات حرارة تتجاوز 10 درجات مئوية ، مما يتسبب في ارتفاع معدل الوفيات في اللافقاريات في أنتاركتيكا (ويلز ، 1979 بيك وكونواي ، 2000) ، لا يوجد فرق مقابل في الحد الأعلى لانتشار جهد الفعل. يشير هذا إلى أن الفشل في إجراء إمكانات العمل ليس هو ما يحدد معدل الوفيات عند 10 درجات مئوية في أنواع أنتاركتيكا. علاوة على ذلك ، فإنه يشير إلى وجود اختلاف بسيط في الاستقرار الحراري لقنوات أيونات الغشاء المشاركة في انتشار جهد الفعل بين الأنواع المعتدلة وأنواع أنتاركتيكا.

        ل G. أنتاركتيكس و C. robusta أبلغ ماكدونالد (Macdonald ، 1981) عن الكتلة الحرارية العلوية في أعصاب الساق عند 31 درجة مئوية وعند 28 درجة مئوية ، أي حوالي 10 درجات مئوية أعلى من القيم المذكورة في الدراسة الحالية. قد ينتج هذا الاختلاف عن معدلات مختلفة لتغير درجة الحرارة المفروض أو عن جرعة حرارية مختلفة بين الدراستين.

        الحشرات الاستوائية والحبار المعتدل لها درجات حرارة أعلى من الكتلة الحرارية العليا ، وتنتشر إمكانات العمل عند درجات حرارة تزيد عن 30 درجة مئوية (الشكل 8) (Chapman ، 1967 Chapman and Pankhurst ، 1967 Burrows ، 1989 Xu and Robertson ، 1994 Höger and French ، 1999) ، والذي من الواضح أنه تكيف أساسي لتنفيذ السلوك في درجات الحرارة المرتفعة هذه ، والتي لا تتعرض لها القشريات البحرية بشكل طبيعي مطلقًا.

        أدنى درجة حرارة يمكن عندها إجراء إمكانات العمل موثقة بشكل سيئ لأن معظم الدراسات لم تختبر درجات حرارة أقل من 10 درجات مئوية (على سبيل المثال Burrows ، 1989 Höger and French ، 1999) ، وفي حالات أخرى ، لم يتم إعطاء درجة الحرارة التجريبية الدنيا (على سبيل المثال. فريزر ، 1990). الحبار L. فولغاريس لديه كتلة حرارية أقل من -0.5 درجة مئوية (تشابمان ، 1967). توضح بياناتنا أنه في كل من أنواع القطب الجنوبي الشديدة الحرارة وأنواع القشريات ذات الحرارة العالية الحرارة ، يكون الحد الأدنى للتوصيل المحتمل للعمل قريبًا من نقطة تجمد مياه البحر ، -1.8 درجة مئوية. أنواع الحشرات الأرضية التي تستمر في التصرف في درجات حرارة منخفضة حتى [على سبيل المثال سلسلة جبال الهيمالايا ديامسا يجب أن تقوم Meigen sp. ، النشطة عند -16 درجة مئوية (Kohshima ، 1984)] بإجراء جهود فعل في درجات الحرارة القصوى هذه ، ولكن لم يتم إثبات ذلك بشكل صريح.

        ل Stenotherm القطب الجنوبي G. أنتاركتيكس، نوضح أن بعض المستقبلات الحسية تنتج المزيد من إمكانات العمل لكل محفز عند درجات حرارة تتجاوز النطاق البيئي الطبيعي (أي 5-10 درجة مئوية) ، مما هو داخلها. يجب أن تكون نتيجة ذلك أن النطاق الديناميكي لإطلاق خرج المستقبلات ليس هو الأمثل في ظل الظروف العادية. ربما تكون تكاليف الطاقة لتوليد ترددات أعلى للنشاط باهظة في درجات الحرارة المنخفضة. بدلاً من ذلك ، قد تكون تأثيرات المخرجات (مثل تأثيرات ما بعد التشابك في الخلايا العصبية أسفل التيار) مشبعة حتى عند الترددات المنخفضة لإطلاق النار عندما تكون درجة الحرارة منخفضة ، مما يعني أن المعدلات الأعلى ستهدر الطاقة دون أي تأثير.

        عدد وقطر المحاور في عصب الساق

        استند قياسنا لسرعة التوصيل على زمن انتقال أسرع المحاور التي تساهم في جهد الفعل المركب (الشكل 1). كانت سرعات التوصيل أسرع لـ G. أنتاركتيكس من L. Oceanica(الشكل 2E) ، مما يشير إلى وجود محاور ذات قطر أكبر في السابق. توضح بيانات مجهر الإرسال الإلكتروني لدينا ، مع ذلك ، أن عدد المحاور ذات القطر الكبير هو نفسه في كلا النوعين وأن متوسط ​​قطر المحوار أصغر في G. أنتاركتيكس من L. Oceanica(الشكل 6).

        متوسط ​​أقطار المحاور من فردين من G. أنتاركتيكس (0.89 و 0.28 ميكرومتر) أكبر من متوسط ​​0.1 ميكرومتر الذي أبلغ عنه ماكدونالد (ماكدونالد ، 1981). سبب هذا الاختلاف غير واضح ، لكن ماكدونالد ربما يكون لديه أعصاب حسية مقطوعة ، والتي لها عمومًا محاور أصغر قطرًا من الأعصاب الحركية (على سبيل المثال ، Xu and Robertson ، 1994) أو ربما استخدمت حيوانات صغيرة أو صغيرة بشكل خاص. تم حل محاور بقطر 0.1 ميكرومتر وأصغر في الدراسة الحالية ، لكنها لم تمثل سوى جزء صغير من المحاور داخل أعصاب الساق.

        تتناسب سرعة التوصيل للمحور مع طوله الثابت (Hodgkin ، 1954) ، ويمكن زيادة كلاهما من خلال زيادة قطر المحور العصبي أو مقاومة الغشاء. حيث أن الفرق في سرعة التوصيل المطلقة بين G. أنتاركتيكسو L. Oceanica لا يفسر بقطر محور عصبي ، وهذا يشير إلى أن طبقات الالتفاف حول بعض المحاور ذات القطر الكبير في G. أنتاركتيكس يزيد من مقاومة الغشاء وبالتالي سرعة التوصيل. بعض مجدافيات الأرجل الكالانويدية التي تنتمي إلى العائلات الفائقة Megacalanoidea و Clausocalanoidea لها محاور عصبية وحزم عصبية محاطة بأغماد المايلين (Davis et al. ، 1999).تعزز عملية تكوّن النخاع من سرعة التوصيل عن طريق زيادة مقاومة الغشاء وبالتالي ثابت طول المحور العصبي (Eckert and Randall ، 1983). الأغلفة مسؤولة عن استجابات الهروب السريعة للغاية لمجدافيات الأرجل Undinula vulgaris و نيوكالانوس جراسيليس(Lenz et al. ، 2000 Weatherby et al. ، 2000) ، والتي لها فترات انتقال حوالي ربع تلك الموجودة في الأنواع وثيقة الصلة التي لا تحتوي على أغلفة تشبه المايلين. تسمح أوقات الاستجابة السريعة هذه على ما يبدو U. فولغاريس و ن. جراسيليس لاستعمار المياه المفتوحة ، بينما تقتصر الأنواع التي لا تحتوي على المايلين على المياه العميقة. على الرغم من المزايا الواضحة ، فإن الأغلفة التي تشبه المايلين نادرة بشكل مدهش في اللافقاريات. الأغلفة في G. أنتاركتيكس تبدو أقل كثافة من تلك الموجودة في مجدافيات الأرجل ، ولكن إذا عملت على تعزيز التوصيل كما نفترض ، فقد يوفر ذلك آلية للتكيف مع البرودة في هذا الحيوان الكبير.

        كان هناك اختلاف كبير في كل من عدد وقطر المحاور الموجودة في الأفراد من نفس النوع. كان الاختلاف الأكبر في أصغر محاور (تلك التي يقل قطرها عن 1 ميكرومتر) مع اختلاف أربعة أضعاف بين فردين من G. أنتاركتيكس. لم يكن هناك اختلاف في عدد المحاور التي يزيد قطرها عن 1 ميكرومتر. يستبعد حجم العينة الصغير تفسيرًا نهائيًا لهذه الملاحظة ، لكن أحد الاحتمالات هو أن الحيوانات كانت من أعمار مختلفة. كلما تقدمت المفصليات بالشيخوخة والنمو ، يزداد عدد الحواس الحسية (Jander and Jander، 1994 Sandeman and Sandeman، 1996 Brézot et al.، 1997 Steullet et al.، 2000). سيؤدي هذا الانتشار إلى اختلاف في عدد المحاور ذات القطر الصغير في المقام الأول بين فئتين عمريتين. لم تكن مثل هذه الاختلافات لتؤدي إلى تباين داخل محدد في سرعة التوصيل العصبي ، لأن قياسنا للسرعة يعتمد على إمكانات الفعل الأسرع ، التي تمثل نشاط أكبر محاور ذات قطر.


        التمرين 1: قوة التحفيز واستجابة العضلات

        موضوعي: لتحديد تأثير قوة المنبه على استجابة المتعصب الخاطف digiti minimi عضلة.

        ملخص: سوف تحفز الخلايا العصبية الحركية للمختطف digiti minimi مع كميات متزايدة من التيار (تقاس بالمللي أمبير ، تُقرأ كـ AMP على LabScribe). ستقيس استجابة عضلة EMG في كل مرة (بالسيارات) وتسجيل القيمة في تقرير المعمل الخاص بك. ستستمر حتى تحصل على ثلاث قراءات متتالية بنفس القيمة (+/- 0.2 مللي فولت). من بين هذه القراءات الثلاث ، ضع علامة بجوار أدنى قيمة (سعة) حالية في تقرير المعمل الخاص بك الذي ستستخدمه لهذه القيمة للتمرين 2.

        التحقق من وضع القطب الكهربائي والاستعداد لتسجيل البيانات

        1. اطلب من الشخص وضع يده اليمنى على المقعد مع وضع راحة اليد لأسفل أو تركه مسترخيًا على جانبه. أخبر الموضوع بالاسترخاء. ملحوظة:يجب أن يتأكد الموضوع من إرخاء ساعده ويده تمامًا. في البداية ، ستحتاج إلى الاستمرار في زيادة سعة النبض حتى يتم إنشاء استجابة. التحفيز الذي لا يؤدي إلى تقلص العضلات هو عتبة ثانوية.
        2. عند بدء هذه التجربة ، تحقق للتأكد من أن الرقم 0 هو الرقم الموجود في نافذة AMP. إذا لم يكن كذلك ، يرجى تغيير القيمة إلى صفر. انقر فوق تسجيل زر في نافذة LabScribe الرئيسية. سيقوم LabScribe بتسجيل عملية مسح واحدة بوقت عرض 50 مللي ثانية. نظرًا لأن سعة الخرج مضبوطة على الصفر ، فلا ينبغي أن تكون هناك استجابة من الخاطف digiti عضلة (لا توجد نفضان عضلي في إصبع الخنصر).
        3. زيادة الانتاج السعة إلى 1 milliAmp على شريط الأدوات باستخدام السهمين لأعلى / لأسفل أو وضع 1 في المربع عن طريق تمييز الرقم وتغييره إلى 1 (AMP). انقر فوق & ldquo تطبيق & rdquo. انقر فوق السجل الزر مرة أخرى وتسجيل عملية مسح أخرى. انقر فوق الزر AutoScale لقناة العضلات لتحسين عرض استجابة العضلات و rsquos (طرق الشكل 1).

        أكمل إلى قم بزيادة سعة الإخراج بزيادة 1 mAMP (1 & ldquoAMP & rdquo على زر التحفيز LabScribe) حتى تحصل على ارتعاش عضلي وموجة EMG للموضوع.انقر فوق تطبيق.

        تذكر ، بعد كل زيادة في السعة ، لا بد من ذلك انقر فوق & ldquo تطبيق و rdquo قبل القيام بتسجيل آخر!

          • 1 تطبيق AMP & ndash & ndash Record
          • 2 أمبير و ndash تطبيق & ndash سجل
          • 3 أمبير و ndash تطبيق & ndash سجل
          • 4 AMP & ndash تطبيق & ndash سجل & hellipetc.
          • إذا لم تحصل على Action Potential Wave على شاشة EMG بمقدار 10 AMP ، قم بإعادة وضع وسادات القطب بدءًا من د.
          • حافظ على الطقات في خط وتحرك D & amp E قليلاً إلى جانب واحد من الموضع السابق.
          • اطلب المساعدة من TA.

          ابدأ جمع البيانات للتجربة 1

          • الآن بعد أن علمنا أن وضع القطب هو الأمثل ، افتح ملف بيانات جديد. يجب أن يكون لكل مشارك ملف بيانات خاص به لهذا المعمل.
          • ارجع إلى AMP 1 لبدء جمع البيانات.
          • بعد تسجيل كل & ldquosweep & rdquo (في كل مرة تنقر فيها على تسجيل) ، قم بإجراء تحليل البيانات على الفور على النافذة الرئيسية (انظر أدناه). لا تسجل جميع عمليات المسح والعودة لإجراء التحليل، لأنها قد تطول.
          • استمر في زيادة سعة الإخراج بمقدار 1 أمبير دائمًا النقر ldquo التطبيق و rdquo ثم تسجيل الاستجابة حتى يصل الدافع العضلي إلى الحد الأقصى (لن يزداد اتساع قمم الموجة M من تحليلك مع التحفيز الإضافي المطبق): بمجرد أن تحصل عليه ثلاث قراءات متتالية بنفس القيمة (+/- 0.2 مللي فولت) ، لاحظ أدنى قيم AMP الثلاث. سوف تستخدم هذه القيمة للتمرين 2. بحد أقصى 19 ممكنًا لا تتجاوز 19 AMP.
          • عند الانتهاء ، تأكد من التحديد حفظ باسم في قائمة "ملف" وقم بتسمية الملف. اختر وجهة على الكمبيوتر لحفظ الملف (مثل المجلد الخاص بك). انقر فوق الزر "حفظ" لحفظ الملف (كملف * .iwxdata).

          التمرين 1 تحليل البيانات

          يمكن تحديد عمليات مسح مختلفة في أي وقت بالنقر فوق قائمة عمليات المسح في الجزء السفلي من الشاشة الرئيسية (1: 1 ، 2: 1 ، إلخ). إذا كنت تقوم بتحليل البيانات على الشاشة الرئيسية أثناء التسجيل ، فإن المسح الذي تريد تحليله محدد بالفعل. يتم عرض شريط مهام عمليات المسح أدناه.

          1. سجل V2-V1 ، سعة الموجة M
            • لمعرفة السعة: انقر واسحب مؤشرًا واحدًا إلى قاعدة موجة EMG والمؤشر الثاني إلى أعلى موجة EMG.في حالة الموجات المتعددة ، حدد أول موجة EMG (وليس الأداة التحفيزية) ، تظهر الموجة M في الصورة أدناه. القيمة V2-V1 يوجد في الجدول أعلى يمين النافذة الرئيسية سعة استجابة العضلات. سجل سعة كل استجابة (بالسيارات) مع قوة التحفيز المطبقة المقابلة لها (بالمللي أمبير) في الجدول في تقرير المختبر الخاص بك. قياس جميع موجات EMG المرئية (إمكانات العمل). إذا لم يكن هناك سجل EMG M-Wave & ldquoSubthreshold & rdquo في تقرير المختبر الخاص بك.

          كيف تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى زيادة جهد الفعل المركب في بعض الخلايا العصبية؟ - مادة الاحياء

          [مقتبس من Oakley، B. and R. Schafer. 1978. علم الأعصاب التجريبي. جامعة. ميشيغان ، آن أربور.]

          مقدمة

          في عام 1850 ، قدر هيرمان فون هيلمهولتز لأول مرة سرعة النبضات العصبية التي تنتقل في تحضير عضلات الضفدع باستخدام جهاز تصوير ميكانيكي ورافعات كتابة. خلال النصف الأخير من القرن التاسع عشر ، طور شيرينجتون وآخرون المفاهيم الكامنة وراء النظرية الحديثة للتوصيل العصبي ، لكن الأبحاث الكهرو-فيزيولوجية الحديثة تنتظر تطوير راسم الذبذبات لأشعة الكاثود. باستخدام هذا الجهاز ، قام Erlanger and Gasser في عام 1921 بقياس التيارات الأيونية لإمكانات العمل المركب لأول مرة. قدمت دراساتهم أساسًا مهمًا لفهمنا الحالي لوظيفة الأعصاب. كان العصب الوركي للضفدع هو التحضير الكلاسيكي لدراسة إمكانات الفعل حتى طور الباحثون التجريبيون طرق التسجيل داخل الخلايا لدراسة ألياف الحبار العملاقة.

          يمكن استنباط إمكانات العمل في وقت واحد في آلاف المحاور العصبية للعصب المحيطي مثل الوركي عن طريق التحفيز الكهربائي. تسمى الاستجابة الجماعية بإمكانية العمل المركب. كما قد تبدو تقنية التسجيل الإجمالي هذه عشوائية ، يمكن إثبات بعض الجوانب الأساسية للتوصيل العصبي - معدلات إطلاق النار القصوى ، والعتبة ، وسرعة التوصيل ، ودور حجم المحور العصبي والميالين - باستخدام نهج العصب بأكمله.

          إجراء

          الإعداد الأولي: من الضروري أن تتعرف على الأدوات ونظام التسجيل قبل بدء التشريح. قد تبدو الأدوات هائلة ، ولكن بشكل عام ، فإن قابلية التحضير البيولوجية المتعثرة هي التي تنهي التجربة. لذلك ، يجب إزالة أي مشاكل عملية أو مفاهيمية تتعلق بالمعدات قبل لمس حيوان التجربة.

          الإجراء الجراحي: سيتم تزويدك بضفدع مزدوج (رنا كاتيسبيانا). التقط ثنية من الجلد في منتصف البطن بالملقط ، وتجنب القطع في تجويف البطن بالمقص ، وقم بقطع الجلد على طول الطريق حول الضفدع. اسحب الجلد لأسفل ، أخرجه أثناء شدك ، وقم بتجريده من الساقين. ضع الجانب الظهري للضفدع لأعلى وافصل برفق بين عضلات الفخذ للكشف عن العصب الوركي الأبيض والأوعية الدموية المصاحبة له (انظر الشكل 1). لا تخلط بين اللفافة البيضاء والعصب. اسأل إذا كنت غير متأكد.

          افصل العضلات وحرر العصب من الأنسجة المحيطة باستخدام أدوات زجاجية حادة كلما اضطررت إلى لمس العصب. اصنع مثل هذه الأداة عن طريق تسخين قضيب زجاجي في لهب موقد بنسن وسحب طرف عمل مصقول إلى عرض قلم رصاص باهت. ضع سائل نضح البرمائيات (محلول Frog Ringer) بحرية أثناء عملك. لا تلوث العصب بالأنسجة المقطوعة أو الدم ، ولا تلمس العصب بأدوات معدنية أو بأصابعك. تجنب شد العصب أو قرصه أو تجفيفه.

          ارفع الأنبوب البولي لأعلى ، واقطع بعناية العضلات على جانبي العظم. حرر الطرف الذيلي من المسيل البولي وارفعه لأعلى لكشف الهياكل الأساسية. لاحظ منطقتين من الألياف البيضاء التي تتكون منها الضفيرة العصبية الوركية. ينشأ كل عصب وركي على شكل ثلاث جذور عصبية شوكية. قطع urostyle من مفصلتها. اربط الجذور بحذر مع نهاية خيط قطني مبلل بـ10 سم من رينجر. قطع جذور الأعصاب بالقرب من النخاع الشوكي قدر الإمكان. الآن حرر العصب من الورك إلى الركبة ، مع رفعه بالخيط حسب الضرورة. [حذر: لا تمد العصب! عندما يتحرر العصب تمامًا ، اقطع النهاية البعيدة بالمقص. اغمر العصب في دورق صغير من سائل التروية.

          تركيب العصب في جهاز التسجيل: سد أي ثقوب في غرفة الأعصاب بالفازلين ، وملء الغرفة بسائل نضح إلى نقطة حوالي 5 مم فوق أسلاك القطب. ضع العصب بالطول في الغرفة بحيث يطفو فوق الأسلاك. لاحظ أي طرف من العصب هو أي (الطرف الأمامي أكثر سمكا). تعامل مع العصب بأدوات زجاجية أثناء سحب ما يكفي من السائل بحيث يستقر على أسلاك القطب. يجب أن يكون العصب على اتصال جسدي مع كل من الأسلاك ، ويجب أن يكون مستوى السائل أقل بكثير من جميع الأسلاك لمنع حدوث قصر بها. قد يبقى أحد طرفي العصب في السائل ، ولكن ليس كلاهما. ضع الغطاء فوق حجرة العصب لمنع الجفاف.

          إذا بدا أن تجفيف الأنسجة العصبية يمثل مشكلة ، أضف طبقة من الزيت المعدني المشبع بمادة رينجر فوق السائل الموجود بالفعل في الحجرة. قم بتغطية الأقطاب الكهربائية والعصب. عند إضافة الزيت ، قد يرفع العصب عن الأقطاب الكهربائية. لمنع ذلك ، أضف خليط الزيت / قارع الأجراس عن طريق إسقاطه فوق العصب وفوقه حتى يغمر العصب. انظر لترى أن الاتصال الجيد يتم بين العصب وكل قطب كهربائي. في حالة فقد الاتصال بين أسلاك العصب والإلكترود ، يمكن إعادة تثبيته عن طريق معالجة العصب باستخدام قطارة وقطرة نصف مضغوطة من محلول رينجر.

          إجراء التسجيل التناظري: قم بترتيب خيوط الإلكترود بحيث تحفز وتسجيل في الأطراف المتقابلة للعصب وتؤرض المركز (انظر الشكل 2). للتسجيل ، قم بتوصيل زوج من الكابلات بقطبين كهربائيين بالقرب من الجزء البعيد (الرفيع) من العصب وقم بتوصيل الطرف الآخر من هذا الزوج من الكابلات بمدخل المضخم [أو مباشرة إلى راسم الذبذبات إذا لم يتم استخدام المضخمات الأولية]. يجب أن تكون هذه الكابلات قصيرة قدر الإمكان لتقليل التقاط التداخل الكهربائي.

          قم بتوصيل سلك ثالث (أخضر إن أمكن) بأحد الأقطاب الكهربائية الأخرى في منتصف الطريق على طول العصب وتشغيله إلى طرف أرضي على المضخم. قم بتوصيل زوج آخر من الكابلات من إخراج المحفز بزوج من الأقطاب الكهربائية عند الطرف القريب (السميك) من العصب. تأكد من أن القطب السالب هو أقرب أقطاب التسجيل. يبدأ جهد الفعل عند القطب السالب (الكاثود).

          قد يؤدي وجود القطب الموجب (القطب الموجب) بين الكاثود وأقطاب التسجيل إلى منع انتقال AP لأن القطب الموجب يفرط في استقطاب العصب.

          قم بتوصيل خرج المضخم بمدخل راسم الذبذبات بكابلات وموصلات محمية مناسبة. قم بتوصيل مزامنة المحفز (إخراج الزناد) بإدخال الزناد من الذبذبات. يزامن هذا الترتيب بدء عملية مسح الذبذبات مع نبضة خرج المحفز. الرجوع إلى الشكل 3 لإعداد التسجيل.

          استخدم الإعدادات الأولية التالية على جهازك:

          محفز المضخم
          التردد 7 / ثانية اكسب 100X
          المدة 0.1 ميللي ثانية مرشحات تمرير النطاق المنخفض = 10 هرتز
          الجهد 0.1 فولت للبدء قليل
          الوضع متوقف في البداية مرشحات تمرير النطاق العالي = 3-5 كيلو هرتز
          الإدخال عند الاستخدام
          قاعدة زمنية: مكبر الصوت العمودي:
          الوقت / القسمة = 1 مللي ثانية / div Volts / div = 20 mV / div (تأكد من ضبط مقبض VAR تمامًا في اتجاه عقارب الساعة على CAL)
          وضع التشغيل = خارجي / عادي المركز = تتبع في النطاق المتوسط ​​أو أقل
          محدد الإدخال = وضع DC

          معايرة: اضبط الكسب الكلي للنظام (المضخم الأولي بالإضافة إلى راسم الذبذبات) إلى حوالي 100 متر فولت / div. تحقق باستخدام وظيفة معايرة المضخم. اضبط مقبض إدخال Grass preamp على CAL 100 m V واضغط على زر G1 NEG عدة مرات متتالية. قم بتعديل كسب مكبر الصوت العمودي لجهاز الذبذبات لإنتاج انحراف 1 سم عند سحب G1 NEG. أثناء التجارب ، قد تحتاج إلى تعديل كسب النظام لعرض أفضل مركبات AP التي ينتجها العصب ، ويجب إعادة المعايرة باستخدام هذا الأسلوب عند القيام بذلك.

          تذكر أن هذه إعدادات مقترحة لبدء التجربة. تعد عملية إعادة ضبط كسب مكبر الصوت العمودي والقاعدة الزمنية لمؤشر الذبذبات لعرض إمكانات عمل العصب بصريًا عملية مستمرة. ما عليك سوى الاحتفاظ بملاحظات دقيقة حول الإعدادات المستخدمة عندما تقوم بتسجيل جزء من البيانات.

          التسجيل الرقمي باستخدام MacLab: قم بتشغيل MacLab و Macintosh. افتح مجلد مجموعة المختبرات الخاصة بك عن طريق النقر المزدوج على الرمز. يجب أن يحتوي هذا المجلد على جميع البرامج التي ستحتاجها لتشغيل معمل اليوم وتحليله. قم بتشغيل البرنامج المسمى SCOPE بالنقر المزدوج فوق الرمز المسمى & quotSciatic Nerve Lab & quot. سيؤدي هذا إلى تشغيل SCOPE وسيزودك بجهاز راسم الذبذبات المحوسب الجاهز للتسجيل. يختلف راسم الذبذبات الرقمي هذا عن Kikusui بعدة طرق ، ولكن الأهم بالنسبة لنا هو قدرة MacLab على تسجيل وتخزين شكل موجة للتحليل.

          قم بتوصيل خرج CH 1 الخاص برسم الذبذبات Kikusui (في الجزء الخلفي من الجهاز) بمدخل MacLab CH 1. مع تشغيل Kikusui وتشغيله مجانًا (المشغل = تلقائي) ولكن التحكم في وضع المحفز وإيقاف تشغيل العصب ، افتح MacLab مربع حوار مضخم الإدخال في SCOPE (فقط أشر وانقر بالمؤشر).

          باستخدام مقبض إدخال Grass preamplifier على CAL 100 m V ، اضغط على زر G1 NEG على preamp عدة مرات. يجب أن ينتج عن هذا انحراف بمقدار 1 سم على مرسمة الذبذبات (نظرًا لأنك قمت بالفعل بمعايرة مكاسب النظام الإجمالية حتى تلك النقطة) ويجب أن ينتج أيضًا موجة مربعة ذات حجم جيد (& quot ؛ الحجم المناسب & quot ؛ يكون حوالي 1/3 مقياس كامل أو نحو ذلك) على تتبع تسجيل مضخم الإدخال SCOPE. أعد تعيين كسب مكبر الصوت العمودي للذبذبات أو كسب مضخم إدخال SCOPE (انقر واسحب بالمؤشر) لإعطاء موجة مرئية بسهولة على الكمبيوتر عند الضغط على G1 NEG. يمكن استخدام قيمة CAL هذه من Grass preamp لاحقًا لمعايرة تسجيلات الكمبيوتر ، لذلك بمجرد أن تبدأ ، قم بتسجيل موجة CAL أو اثنتين من الحجم المعروف لتتماشى مع إمكانات عمل الأعصاب المسجلة. عندما تكون راضيًا ، أغلق مربع مضخم إدخال SCOPE بالنقر فوق موافق.

          قم بتوصيل إخراج المشغل المحفز في إدخال مشغل MacLab باستخدام مربع "نقالة النبض". حدد مربع حوار العرض في SCOPE لفحص إعدادات المشغل تحت التسجيل. يجب تعيين هذا للخارجية. لاحظ إعدادات التسجيل أيضًا - ينشغل العديد من الأشخاص بسرعة كبيرة جدًا ، لذلك ربما يجب عليك استخدام عمليات المسح الفردية أو وضع التراكب في البداية للتسجيل.

          عندما تكون جاهزًا لتسجيل موجة من إعدادك العصبي (لاحقًا ، ليس بعد!) ، ستقوم بإعداد مرسمة الذبذبات لمسح نقطة الوصول وعرضها. عندما يتم تشغيل SCOPE ، يدويًا باستخدام الماوس (USER) ، أو بواسطة المحفز (TRIGGER) ، ستظهر موجة على الشاشة. يمكنك تسجيل الموجة المعروضة أو اختيار بيانات جديدة لتسجيل موجة أخرى. تدرب على استخدام ميزة تسجيل SCOPE دون تسجيل نقاط الوصول حتى تنتهي من ذلك. بمجرد التسجيل ، لاحظ جهد التحفيز والبيانات الأخرى الموجودة في دفتر الملاحظات المرفق بكل نطاق "صفحة". سجل نبضة معايرة لاستخدامها في قياس حجم نقاط الوصول. راجع دليل تعليمات SCOPE لمزيد من التفاصيل.

          طريقة تجريبية

          الآن بعد أن وصلت إلى فهم جيد لإعداد وتشغيل الجهاز ، فأنت جاهز أخيرًا لبدء التجارب. اقرأ كل قسم مسبقًا وتعرف على هدف هذه التجربة قبل أن تبدأ.

          1. العتبة: أولاً ، قم بتنشيط المحفز عن طريق وضع مفتاح وضع الإخراج في الوضع المستمر (متعدد). قم بزيادة جهد التحفيز تدريجيًا من 0.1 فولت. سترى تأثير التحفيز باعتباره الموجة الأولى التي تظهر ، وهذا هو الجهد المحفز الذي يتم إجراؤه على الجزء الخارجي من العصب ويتم التقاطه من خلال أقطاب التسجيل. يمكن رؤية القطع الأثرية تختلف باختلاف مدة التحفيز.

          استمر في زيادة جهد التحفيز حتى تظهر موجة ثانية على يمين الأداة. هذا هو جهد الفعل المركب. استمر في زيادة التحفيز حتى تصل هذه الموجة إلى أقصى سعة. قلل الجهد ولاحظ الجهد الذي يظهر عنده AP لأول مرة. هذا هو جهد العتبة لأكثر المحاور حساسية (أو تلك التي يمكن الوصول إليها من قبل التيار المحفز).

          زيادة شدة التحفيز حتى تظهر الاستجابة القصوى. في هذه المرحلة ، تقوم جميع الألياف العصبية بتوصيل AP بشكل نشط ويكون شكل الموجة المرئي هو مجموع كل منهم. هذا النمو لـ AP مع زيادة شدة التحفيز يحجب حقيقة أن جهد الفعل لكل ليف فردي هو حدث الكل أو لا شيء. يمتلك AP المركب هذه الخصائص المميزة: إنه ليس الانحراف الأول الذي لوحظ اتساعه ، على الرغم من زيادته في البداية عن طريق زيادة شدة التحفيز ، إلا أنه ليس دالة خطية لقوة التحفيز ، فمدته ليست دالة مباشرة لمدة التحفيز وليس لها الشكل من الأداة التحفيزية.

          عتبة التسجيل والجهد اللازمين لتجنيد أقصى استجابة. سجل شكل موجة نموذجي باستخدام Scope في MacLab. اكتب جميع إعدادات الجهاز وتحقق من قاعدة الوقت والمعايرة الرأسية للتسجيل الخاص بك. قم بإيقاف تشغيل المحفز للسماح للعصب بالراحة.

          2. تجنيد الألياف العصبية: لإنتاج رسم توضيحي لاستجابة أعصابك لشدة التحفيز المختلفة ، قم بتسجيل عدة موجات عند اختلاف الفولتية التحفيزية بين العتبة والجهد الأقصى.

          3. الشكل الموجي - أحادي الطور وثنائي الطور: يعتمد شكل الشكل الموجي الملاحظ على شاشة راسم الذبذبات على عدد من العوامل. تؤثر المسافة بين أقطاب التسجيل ومعدل المسح والكسب وإعدادات المرشح وحالة العصب جميعها على شكل المركب AP الملاحظ.

          ارجع جهد التحفيز إلى 0.1 فولت. ارفع شدة الجهد حتى يصبح عمر الفولت أعلى بحوالي 10٪ من المطلوب للحصول على استجابة قصوى. اعكس قطبية أقطاب التسجيل ، إذا لزم الأمر ، بحيث يكون الانحراف الأولي لشكل الموجة المعروض إلى الأعلى. عادة ما يكون المركب AP من العصب غير التالف ثنائي الطور. عندما يكتسح AP بواسطة القطب الكهربائي الأول للتسجيل ، فإنه يدفع هذا القطب السالب فيما يتعلق بالقطب الكهربائي البعيد. إذا كنت قد رتبت الأقطاب الكهربائية مسبقًا على النحو الوارد أعلاه ، فسيكون الانحراف الأولي لأعلى. بعد ذلك ، عندما تصل موجة إزالة الاستقطاب (AP) إلى قطب التسجيل الثاني ، مما يجعلها سالبة ، ينحرف أثر راسم الذبذبات إلى أسفل. سجل الموجة ثنائية الطور في النطاق ، وتسجيل التضخيم والقاعدة الزمنية للرجوع إليها.

          سحق العصب في موقع القطب تسجيل الثاني (الأبعد) عن طريق قرصه بزوج من الملقط الدقيق. هذا يجب أن يعطل العصب وينتج تسجيل أحادي الطور. قد تحتاج إلى سحق العصب وفحصه عدة مرات للتأكد من أن لديك تسجيل أحادي الطور بالكامل. ستساعد قطرة صغيرة من KCl متساوي التوتر (0.16 M) على المنطقة المكسورة في تطوير AP أحادي الطور. سجل الموجة أحادية الطور وسجل التضخيم والقاعدة الزمنية.

          4. سرعة التوصيل: يمكن أن يوفر قياس الوقت والمسافة بين مظهر AP عند أقطاب تسجيل مختلفة تقديرًا لسرعة توصيل AP العصبية. أعد ترتيب الأقطاب الكهربائية بحيث يتم تحفيزها عند الطرف البعيد (الرفيع) وتسجيلها عند النهاية القريبة (السميكة). حدد سرعة التوصيل عن طريق تحريك قطب التسجيل النشط (الأول) وتسجيل الوقت والمسافات كما في الشكل 4. قم بقياس الأوقات من بداية الأداة التحفيزية (أو بداية المسح) إلى ذروة نقطة الوصول. يمكنك قراءة عرض الذبذبات بدقة أكبر إذا قمت بنشره بسرعة اكتساح سريعة. قياس المسافة المقطوعة باستخدام ميكرومتر. يمكنك القيام بذلك بعد الانتهاء إذا كنت متأكدًا من تسجيل أرقام الأقطاب المستخدمة. التعبير عن سرعة التوصيل بالمتر / ثانية.

          إذا كان العصب قصيرًا جدًا ، فيمكن تقدير سرعة التوصيل عن طريق قياس الفاصل الزمني بين بداية التحفيز والمسافة بين الكاثود المحفز وأول قطب التسجيل. هذا المقياس أقل دقة لأنه يتضمن وقتًا غير معروف لبدء الدافع. يتم زيادة دقة هذه الطريقة باستخدام شدة التحفيز فوق الحد الأقصى ومدة التحفيز القصيرة قدر الإمكان.

          5. مجموعات الألياف: ضمن مجموع السكان من الألياف في العصب الوركي الضفدع هناك عدة مجموعات من المحاور ذات القطر المتشابه ، وبالتالي ، عتبة مماثلة وسرعة التوصيل. قم بتوصيل الأقطاب الكهربائية للتسجيل أحادي الطور. قلل التردد إلى 5 تحفيز / ثانية. حاول تحديد أكبر عدد ممكن من قمم المركب AP ، عن طريق زيادة جهد التحفيز ببطء والبحث عن إضافة قمم جديدة. يجب أن يكون من الممكن العثور على اثنين من القمم الثلاثة الرئيسية لمركب AP التي أظهرها Erlanger و Gasser (1968): A ، الأكبر ، المقابل للألياف المايلينية الكبيرة و C (الموجة الأبطأ) ، المقابلة للألياف غير المبطنة الدقيقة جدًا. داخل الموجة A ، قد تتمكن من فصل عدة قمم فرعية ، ألياف A-alph و A-beta و A-delta (انظر الشكل 5).

          تبلغ سرعة التوصيل للألياف C 1/100 فقط من سرعة ذروة A-alpha ولكي ترى ذروة C يجب أن تحفزها بمعدل منخفض بما يكفي لتظهر قبل الموجة A التالية. يجب أن يكون معدل المسح أيضًا منخفضًا (حوالي 50 مللي ثانية / قسم) وشدة التحفيز عالية.

          حدد السعات النسبية والعتبات وسرعات التوصيل لكل مجموعة من الألياف في تحضيرك. من المحتمل أن يكون قطر الألياف هو المحدد الأكثر أهمية لسرعة التوصيل ، حيث تعمل الألياف الكبيرة بشكل أسرع.

          6. منحنى مدة القوة [اختياري]: تعتمد قدرة الحافز على إثارة استجابة على مدة التحفيز بالإضافة إلى شدته. بمعنى آخر ، يمكن الحصول على استجابة باستخدام تيار قوي لفترة قصيرة أو تيار ضعيف لفترة طويلة. يمكن تحديد العلاقة بين القوة والمدة بشكل تجريبي لإعداد العصب الوركي.

          قم بتغيير المدة وقياس جهد العتبة. يمكنك تحديد العتبة كاستجابة صغيرة ولكن يمكن ملاحظتها (على سبيل المثال ، انحراف 1 سم). استخدم معيارًا ثابتًا لتسجيل حافز العتبة. ابدأ بتعيين مدة التحفيز على 100 مللي ثانية وقم بزيادة شدة التحفيز تدريجيًا حتى يتم ملاحظة الاستجابة. قلل المدة إلى 50 ميللي ثانية ودفع الجهد حتى تظهر استجابة مماثلة. استمر في هذه العملية لعدد من فترات التحفيز المختلفة.

          ارسم منحنى مدة القوة ، مع شدة التحفيز (V) على الإحداثي والمدة (مللي ثانية) على الإحداثي. يجب أن يبدو المنحنى تقريبًا مثل الشكل 6. يُطلق على الحد الأدنى من الشدة التي تثير استجابة في مدة غير محدودة قاعدة الريوباسي. Chronaxie (2X rheobase) هو مقياس لاستثارة الأنسجة العصبية. كلما كانت قيمته أصغر ، كلما كان العصب أكثر إثارة. فقدت هذه المفاهيم بعضًا من الأهمية التي كانت تتمتع بها في السابق لفهم وظيفة العصب ، ولكن لا يزال الكرونكسي مفيدًا لمقارنة استثارة الأنسجة العصبية والعضلية. كما تم استخدام منحنيات مدة القوة بشكل تجريبي لمتابعة مسار تجديد الأعصاب والعضلات.

          التحليل والتقرير - سيتم تفصيله في نشرة أخرى

          سجل وجدول قيم العتبة والجهد للاستجابة القصوى وسرعة التوصيل. تقدير سرعة التوصيل وقطر الألياف لمجموعات الألياف المختلفة. قارن بين موجات AP المركبة وحيدة الخلية والموجات أحادية وثنائية الطور. قم بتضمين تسجيلاتك الرقمية لنقاط الوصول التي تمت ملاحظتها ، مع تحديد المقاييس الزمنية والعمودية.

          استجابة الرسم البياني (ذروة الارتفاع أو بالسيارات) مقابل شدة التحفيز في الجزء 1. رسم بياني شدة التحفيز عند الحد الأدنى أو استجابة ثابتة مقابل المدة وتحديد كرونكسى وثابت الوقت ، إذا حصلت على هذه البيانات في تجربة منحنى SD الاختيارية.

          ناقش في تقريرك السمات الرئيسية لإمكانيات عمل الأعصاب ، بما في ذلك الأساس الأيوني لموجة AP وانتشارها. اشرح كيف تختلف سرعة التوصيل باختلاف الحيوانات [انظر Prosser 1973 Schmidt-Nielsen 1978 Bullock، Orkand، and Grinnell 1978 ، كلها في المختبر].

          المراجع [حدد موقع مراجع أخرى أكثر حداثة عن طريق إجراء عمليات بحث بنفسك - Medline و Medscape و Infotrack (من موقع PhysioLink)]

          أيدلي ، دي. 1991. فسيولوجيا الخلايا المنشطة. الطبعة الثالثة. جامعة. الصحافة ، كامبريدج.

          بيكر ، ب. 1966. العصب المحوار. علوم. أكون. 214: 74-82.

          كراج ، ب. و P.K. توماس. 1957. العلاقات بين سرعة التوصيل والقطر والطول الداخلي للألياف العصبية المحيطية. J. Physiol. 136: 606-614.

          إرلانجر ، ج. جاسر. 1930. جهد الفعل في ألياف التوصيل البطيء في جذور العمود الفقري والأعصاب الجسدية. أكون. J. Physiol. 92: 43-82.

          إرلانجر ، ج. جاسر. 1968. العلامات الكهربائية للنشاط العصبي. الطبعة الثانية. جامعة. مطبعة بنسلفانيا ، فيلادلفيا.

          إيرلانجر ، ج. ، إتش. جاسر ، و ج. أسقف. 1924. الطبيعة المركبة لتيار عمل العصب كما يكشفه راسم الذبذبات بأشعة الكاثود. أكون. J. Physiol. 70: 624-666.

          هيل ، أ. 1936. علاقة القوة بالمدة للإثارة الكهربائية للعصب النخاعي. بروك. روي. شركة نفط الجنوب. ب 119: 440-453.

          أوكلي ، ب و ر. شافر. 1978. البيولوجيا العصبية التجريبية: دليل معمل. جامعة. مطبعة ميشيغان ، آن أربور.


          إحالة المرضى إلى دراسات توصيل الأعصاب

          تعطي NCS بيانات عن وظيفة الجهاز العصبي المحيطي (PNS) والتي يمكن استخدامها لتوفير:

          وصف حالة المرض (فسيولوجيا المرض القديمة / الجديدة الديناميكية / الساكنة)

          المراقبة الطولية للمرض بدراسات متعددة

          تقديم المشورة بشأن التشخيص والإدارة بناءً على نتائج الاختبارات والمرض المكتشف.

          قد تكون دراسات التوصيل العصبي مفيدة من الناحية التشخيصية في المرضى المشتبه في إصابتهم بأي اضطراب في الجهاز العصبي المحيطي تقريبًا بما في ذلك اضطرابات جذور الأعصاب والأعصاب المحيطية والعضلات والموصل العصبي العضلي. يمكن أيضًا تقييم وظيفة الأعصاب القحفية والحبل الشوكي. تناقش المؤشرات السريرية المحددة في مكان آخر.

          عند إحالة المرضى ، من المفيد التفكير في الأسئلة المحددة التي ترغب في الإجابة عليها مع PNE. في الحالات الصعبة ، من المفيد مناقشة الإحالة (التي يجب أن تحتوي على جميع المعلومات السريرية ذات الصلة) مع CN. يعد PNE امتدادًا للتاريخ السريري والفحص ، وسوف تأخذ CNs التاريخ وتقوم بإجراء الفحص العصبي ذي الصلة ولكنها ستعتمد على معلومات الإحالة لتوجيهها. في ظروف واضحة ، قد يتبعون بروتوكولًا قياسيًا أوليًا للاختبارات ولكن المحقق سيكون جاهزًا للتعديل أو الإضافة إلى هذه الاختبارات على أساس النتائج الأولية. وهذا يؤكد أنه عندما يتم تنفيذ NCS من قبل الموظفين الفنيين ، يجب أن يشرف CN على مقربة وأن يكون متاحًا لإجراء الاختبارات المناسبة الأخرى. ليس من الضروري (وأحيانًا مهين) تحديد الاختبارات في الإحالة طالما أن السؤال السريري المطروح واضح. على سبيل المثال ، في مريض يشتبه في إصابته بمتلازمة النفق الرسغي الأيمن ، ليس من الضروري طلب "NCS للعصب المتوسط ​​الأيمن". (سوف يدرس CN الحكيم كلا من الأعصاب المتوسطة على أي حال لأن هذه الحالة غالبًا ما تكون ثنائية.)

          فسيولوجيا الأعصاب والعضلات الأساسية

          يحتاج الطبيب المُحيل إلى الحد الأدنى من المعرفة بعلم وظائف الأعضاء الأساسي والتطبيقي لفهم نتائج الاختبار ، ولكن يجب كتابة جميع تقارير PNE بعبارات لا تفترض المعرفة المتخصصة. يظهر الحد الأدنى من مجموعة المعرفة لفهم مبادئ التقنيات في المربع 2 مع روابط لمزيد من التفاصيل.

          المربع 2: الحد الأدنى من المعرفة الفسيولوجية الأساسية لفهم دراسات التوصيل العصبي

          غشاء المحتملة: عتبة نشأة آثار تأثير إزالة أضرار الغشاء

          محور واحد: عوامل التوصيل المملحة وغير الملحية التي تحدد سرعة التوصيل: القطر ، النخاع ، المسافة بين العقد

          تكوين العصب كله: حجم الهيكل الحزم وتوزيع سرعة التوصيل الطرائق الواردة والصادرة ومساهمتها النسبية

          الانتقال العصبي العضلي: إنتاج جهاز إرسال الوظيفة الطرفية للأعصاب وتخزينه وإطلاقه هيكل غشاء ما بعد التشابك وديناميكيات مستقبلات الوظيفة إمكانات اللوحة النهائية ، إمكانات عمل العضلات

          التحفيز الكهربائي / المغناطيسي الخارجي: إزالة الاستقطاب الموضعي ، التكاثر ثنائي الاتجاه بمجرد إزالة الاستقطاب من الجلد والأنسجة تحت الجلد ، التأثير الحثي الكهربائي لتطبيق عتبة تحفيز المجال المغناطيسي المطبق يعتمد على: خصائص الغشاء (الإقامة) ، موقع الألياف العصبية وحجمها فيما يتعلق بالمنبه

          وظيفة العضلات: الإثارة الانقباض اقتران أنواع الألياف العضلية والتعب الوظيفي

          للحصول على أداة تعليم فسيولوجي تفاعلية ممتازة ، راجع Neurolab الخاص بريتشارد كاربنتر على http://www.cudos.ac.uk/web/copyright.htm.

          مبادئ دراسات التوصيل العصبي

          تتضمن NCS تطبيق نبضات كهربائية بموجة مربعة مزيلة للاستقطاب على الجلد فوق عصب محيطي ينتج: (1) جهد عمل عصبي منتشر (NAP) مسجل في نقطة بعيدة فوق نفس العصب: و (2) جهد عمل عضلي مركب (CMAP) الناتج عن تنشيط ألياف العضلات في العضلة المستهدفة التي يوفرها العصب. في كلتا الحالتين يمكن تسجيلها باستخدام أقطاب كهربائية سطحية أو إبرة.

          صُممت الأقطاب الكهربائية السطحية لإعطاء معلومات عن العضلات المحفزة بالكامل ، مع إعطاء بيانات عن الوقت الذي تستغرقه أسرع المحاور لتوصيل نبضة للعضلة وحجم الاستجابة.

          تعطي أقطاب الإبرة الخاصة بـ NCS معلومات دقيقة للغاية عن وقت التوصيل ، ولكن نظرًا لأنها تسجل فقط من منطقة صغيرة من العضلات أو العصب ، فإنها تعطي معلومات ضعيفة أو ، في حالة الأخيرة ، أكثر تعقيدًا مما يجعل التحليل العددي صعبًا. ومع ذلك ، فإن تسجيلات الإبرة هي الأنسب عندما يحدث هزال حاد في العضلات ، أو عندما يجعل عمق العضلة قيد الدراسة التسجيل السطحي مستحيلاً.

          يمكن تحفيز الأعصاب من خلال الجلد بمحفزات سطحية ، أو عن طريق إبرة توضع بالقرب من العصب أو جذر العصب. يمكن أيضًا إجراء تحفيز جذر العمود الفقري والقشرة الدماغية باستخدام التحفيز المغناطيسي عبر الجلد (TMS) الذي يتم التعامل معه في مكان آخر في هذه المشكلة. وبالتالي يمكن تقييم الطول الكامل للمسار الحركي من القشرة إلى الحبل والجذر والموصل العصبي العضلي والجهاز المقلص. يعتمد اختيار نقاط التحفيز على كل من الرغبة في "وضع قوس" فوق وتحت نقطة الآفة البؤرية المقترحة والتوافر التشريحي للهيكل المناسب.

          الهدف من NCS

          لقد أظهر لنا الحد الأدنى من المعرفة المحددة أعلاه أن الأعصاب الطرفية تحتوي على العديد من الألياف العصبية بأقطار مختلفة ودرجات تكوّن النخاع واتصالات واردة أو صادرة. تدرس NCS أسرع 20 ٪ من هذه الألياف والهدف من التحقيق هو توثيق التشوهات البؤرية أو المستمرة في طول العصب المختلط أو الحركي أو الحسي. يتم إيلاء اهتمام خاص للأسئلة التالية أثناء تقدم الاختبار:

          هل أسرع سرعة توصيل طبيعية؟

          هل انحدار السرعة عادي. عادةً ما تكون الأعصاب الأقرب إلى المحور العصبي والمزيد من السيفالاد أسرع من الأعصاب البعيدة والذيلية.

          هل CMAP طبيعي في الحجم والشكل؟

          هل يتغير CMAP في الحجم أو الشكل أو المدة بين نقاط التحفيز؟

          - إبداء الأدلة على التشتت الزمني (انظر الشروط ، الإطار 2).

          - إبداء الدليل على منع التوصيل (انظر الشروط ، الإطار 2).

          القيم الطبيعية لـ NCS

          يتم اشتقاق القيم "الطبيعية" المطابقة للعمر لمعلمات NCS إما من دراسات مجموعات من الأشخاص الطبيعيين من الناحية العصبية أو تم استبعادها من الأدبيات. للأسف ، من وجهة نظر المؤلفين ، فإن الإحصائيات الأكثر شيوعًا المستخدمة هي حدود 95٪ أو أقل بنسبة 99٪ من حدود الثقة لمجموعة عادية للإشارة إلى خلل في معلمة واحدة.

          قد يكون هذا النهج مضللًا لأن الفصل الخام بين "عادي" و "غير طبيعي" يخفف المعلومات ، بينما قد تكون درجة Z ، على سبيل المثال ، التي تشير إلى الفصل بين قيمة واحدة ومتوسط ​​المجموعة المعبر عنها في SD ، أكثر إفادة. بدلاً من ذلك ، (أ) يمكن أخذ عدد من المعلمات الفيزيولوجية الكهربية معًا إما كـ "مؤشر" أو "درجة" ، أو (ب) يقوم اختصاصي الفسيولوجيا العصبية بتقييم عدد من المعلمات معًا لإصدار حكم بشأن ما إذا كان يجب أن يكون هناك خلل عددي ذي صلة سريريًا يتم التأكيد عليها في تفسير التقرير أم لا.

          هناك عدد من المعلمات الفيزيائية التي تتطلب التصحيح أو السماح لها. الأهم هو درجة الحرارة. يتم تقليل أسرع سرعة لتوصيل العصب الحركي (FMNCV) بحوالي 1 م / ث لكل درجة حرارة هبوط في درجة الحرارة. تقليديا ، يتم إجراء الدراسات بالقرب من درجة حرارة سطح مسجلة تبلغ 34 درجة مئوية. إذا لم يتم تحقيق ذلك عن طريق التسخين الكافي أو الطرف ، نادرًا ما يجب إجراء تصحيح لدرجة الحرارة. تتطلب بعض مقاييس التوصيل تصحيحًا لطول الطرف أو ارتفاعه. أخيرًا ، تتغير بيانات التوصيل العصبي مع تقدم العمر. يتباطأ التوصيل الحركي بمقدار 0.4-1.7 م / ث كل عقد بعد 20 عامًا والحسي بمقدار 2-4 م / ث.


          النتائج

          نظرًا لأنه ثبت أن تسريب ouabain في مكانة النافذة المستديرة يتسبب في خسارة هائلة لـ ANFs بعد 6 أيام من استخدامه (Schmiedt et al. تحتوي على جرعات متزايدة من ouabain.

          Ouabain بشكل انتقائي يغير CAP من العصب السمعي.

          نظرًا لأن ouabain يثبط ناقل Na + -K + -ATPase المعبر عنه في الخلايا الليفية في stria vascularis (Kanoh et al. 2001) ، قمنا بقياس EP في المنعطف القاعدي للقوقعة لاستكشاف الحالة الوظيفية للشكل الوعائي. أدى وقت البقاء لمدة 6 أيام إلى حدوث EP عادي في AP المتحكم فيه وفي قوقعة معالجة 100 ميكرومتر [EP = 75.7 ± 0.7 (ن = 3) مقابل 74.9 ± 0.6 مللي فولت (ن = 3) على التوالي]. بالإضافة إلى ذلك ، بما يتفق مع نقص تعبير ناقل القاعدة Na + -K + -ATPase في OHCs (Kanoh et al. 2001) ، لم يؤثر 10 إلى 100 ميكرومتر من ouabain على سعة DPOAE (الشكل 1).أ).

          رسم بياني 1.Ouabain يؤثر على جهد الفعل المركب (CAP) للعصب السمعي. أ: التأثيرات على الانبعاثات السمعية للمنتج المشوهة (DPOAEs) في القوقعة بعد 6 أيام من تسمم ouabain. لاحظ أنه عند تركيزات تصل إلى 100 ميكرومتر ، لم يؤثر ouabain على سعة DPOAE (ن = 7 لكل جرعة). أقحم: مثال على تسجيل DPOAE. ب: ouabain تأثيرات على مخططات السمع CAP. تم الحصول على المخططات الصوتية المتوسطة بعد 6 أيام من تسريب ouabain في مكانة النافذة المستديرة (ن = 7 لكل جرعة). لاحظ أن 80 و 100 ميكرومتر فقط يسببان ارتفاعات عتبة (متوسط ​​تغيير العتبة: 22.9 ± 2.1 و 40.8 ± 2.7 ديسيبل ، على التوالي ص & lt 0.001). أقحم: مثال على تسجيل CAP. سي - ف: وظائف شدة سعة السعة CAP استجابةً للدفقات النغمية 2- و 4 و 8 و 16 كيلوهرتز ، على التوالي.تشير الأسهم الأفقية والعمودية ، على التوالي ، إلى تحول عتبة CAP وخفض السعة بالنسبة المئوية [لمستوى ضغط الصوت 100 ديسيبل (SPL)] لزيادة جرعات ouabain. جميع البيانات تعني ± SE.

          ثم قمنا بالتحقيق في التنشيط المتزامن لـ ANFs من خلال قياسات CAP. في حين أن 10 إلى 66 ميكرومتر من ouabain لم تحدث أي تغيير كبير في عتبات CAP ، أدى 80 و 100 ميكرومتر إلى تحول واضح في العتبة يصل إلى 40 ديسيبل عبر جميع الترددات (أي متوسط ​​تغيير العتبة: 22.9 ± 2.1 و 40.8 ± 2.7 ديسيبل لـ 80 و 100 ميكرومتر ، على التوالي الشكل .1ب). تم رسم سعة CAP كدالة لمستوى ضغط الصوت (الشكل 1 ، سي - ف). لم يغير تسريب AP وحده أو المحتوي على 10 إلى 33 ميكرومتر ouabain علاقة شدة السعة CAP (الشكل 1 ، سي - ف). في المقابل ، قلل 66 ميكرومتر ouabain من سعة CAP دون تغيير العتبة السمعية (الشكل 1 ، سي - ف). أدت زيادة جرعة ouabain إلى 80 و 100 ميكرومتر إلى انخفاض أكبر في سعة CAP وارتفاع العتبة (الشكل 1 ، سي - ف). بالإضافة إلى كونها تعتمد على الجرعة ، كانت عتبة CAP وتغيرات السعة تعتمد أيضًا على التردد. باستثناء 32 كيلو هرتز ، أدى ouabain إلى تحولات عتبة أكبر عند التردد العالي (50 ديسيبل عند 16 كيلو هرتز مقابل 25 ديسيبل عند 2 كيلو هرتز بعد 100 ميكرومتر ouabain ، على التوالي). كان هذا صحيحًا أيضًا بالنسبة إلى السعة ، مع انخفاض قدره 92.1 مقابل 79.3٪ لـ 16 و 2 كيلو هرتز ، على التوالي (الشكل 1 ، سي - ف).

          الحساسية التفاضلية لـ ANFs تجاه ouabain.

          في نهاية التقييم الوظيفي ، قمنا بمعالجة قوقعة الأذن من أجل الفحص المورفولوجي. على الرغم من أن عضو كورتي بدا طبيعيًا بعد تسمم 100 ميكرومتر من ouabain ، فقد اكتشفنا فقدانًا هائلاً في العصبونات والمشابك الوراثية (الشكل 2 ، أ-ف) مقارنة مع قوقعة التحكم AP (الشكل 2 ، جي إل). باستخدام التصوير ثلاثي البؤر ، قمنا بتحديد نقاط الاشتباك العصبي المثبتة على شريط IHC (الشكل 3 ، أ و ب) باستخدام تجاور عضية الشريط قبل المشبكي بجانب كثافة ما بعد المشبكي (الشكل 3)أ). تسبب Ouabain في خفض عدد كثافات ما بعد المشبك بدرجة أكبر من عدد شرائط ما قبل المشبك (الشكل 3 ، أ و ب). كشف تخطيط فقدان المشبك مقابل جرعة الدواء عن منحنى استجابة للجرعة السيني (الشكل 3).ج) مع ED50 75 و 71 و 64 و 56 ميكرومتر لـ 2 و 4 و 8 و 16 كيلو هرتز ، على التوالي. بشكل غير متوقع ، تسبب 33 ميكرومتر ouabain ، والذي لم يؤثر على CAP ، في فقدان المشابك بنسبة 20 ٪ في منطقة 16 كيلو هرتز.

          الصورة 2.Ouabain يدمر بشكل انتقائي الخلايا العصبية السمعية الواردة. فوتونية (أ, ب, جي, ح) والمجهر الإلكتروني للإرسال (سي - ف, انا) للمقاطع الشعاعية في منطقة 16 كيلو هرتز. في ouabain (أ) - و قوقعة الأذن (جي) ، وعضو كورتي (OC) و stria vascularis (SV) لهما مظهر طبيعي. في العقدة الحلزونية (SG المظللة باللون الأحمر) للعينات المعالجة في ouabain (ن = 2) غالبية الخلايا العصبية غائبة (أ و ب) ، ويمكن رؤية عدد قليل جدًا من الألياف العصبية (الحمراء) في الصفيحة الحلزونية (SL أ و ج). لاحظ في ب الخلايا الدبقية المتبقية (الأسهم) في SG. ج: تكبير SL في منطقة habenula perforata (حصان مربع أقحم في أ). يظهر نوعان من الألياف العصبية غير النخاعية (الأسهم). في قوقعة perilymph المشبعة (ن = 2) ، جميع الخلايا العصبية الجسدية (الحمراء) موجودة (جي و ح) و SL (أنا ومربع أقحم في جي) يحتوي على ألياف عصبية كثيفة النخاع (nf). في ouabain (د) - و perilymph- مملوءة بالقوقعة (ي) ، تتمتع خلايا الشعر الداخلية (IHCs) بمظهر صحي مع شكل نموذجي ، ومحتوى حشوي طبيعي ، ونواة في وضع جيد (n) ، وانتصاب استريوسيلي (أسهم). بعد تسريب ouabain (د) ، تحتوي الحزمة اللولبية الداخلية (ISB) فقط على عدد قليل من الألياف العصبية. ه: توجد ألياف صادرة (زرقاء) واردة (حمراء) تحت المدينة العالمية للخدمات الكهربائية ، ولكن لم يتم التعرف على المشابك العصبية الموجودة على خلية الشعر. F: أحد المشابك العصبية المحورية بين صادر ووارد. لاحظ الأشواك قبل المشبكية (الأسهم) في الصادر وكثافة الغشاء بعد المشبكي في الوارد. ي: في العينات المشبعة بالبيرليمف ، توجد العديد من الألياف العصبية في الحزمة اللولبية الداخلية أسفل القطب القاعدي للمدينة. ك: تشعبات واردة يمكن التعرف عليها جيدًا (حمراء) تشابك القطب القاعدي للمدينة العالمية للخدمات الإنسانية. لاحظ شرائط ما قبل المشبكي (رؤوس الأسهم) التي تواجه أطرافًا واردة. يتصل أحد الألياف الصادرة (الأزرق الإلكتروني) بنهاية واردة. إل: تشابك وارد نموذجي مع شريط متشابك (رأس السهم) في IHC وكثافة ما بعد المشبكي (الأسهم) على النهاية الواردة (أحمر). أشرطة مقياس: اي جي = 50 ميكرومتر ب- د ، ح- ي = 10 ميكرومتر هاء ، ف ، ك = 1 ميكرومتر إل = 0.5 ميكرومتر.


          تين. 3.التحديد الكمي لفقدان تشابك الشريط الناجم عن ouabain. أ: الفحص المجهري متحد البؤر لـ CtBP2 (أخضر) و GluA2 (أحمر) من منطقة تشفير 16 كيلو هرتز. تظهر الصور التخفيض المناعي لـ CtBP2 فقط (أعلى) ، GluA2 فقط (وسط) و CtBP2 × GluA2 جنبًا إلى جنب (قاع) مع زيادة جرعة الأوابين (0 ، 66 ، و 100 ميكرومتر ن يشير إلى نوى IHC). تُظهر العروض ثلاثية الأبعاد التكبير و ض- عرض المربع الأبيض الموضح أعلاه (5 × 5 × 5 ميكرومتر 3). ب: التحليل الكمي لـ CtBP2 و GluA2 و CtBP2 × GluA2 جنبًا إلى جنب (ن = 5 لكل جرعة). يتطابق الحد من مجموعات GluA2 بعد المشبكي مع تقليل الشرائط المثبتة في القوقعة المصابة بالتسمم في ouabain. لاحظ أن 50٪ من الشرائط لا تزال موجودة في قوقعة 100 ميكرومتر مملوءة بأوابين. ج: الاعتماد اللوني لفقدان المشبك ردا على ouabain. تم إجراء عدد المشابك بعد التحقيق الكهربية (ن = 5 لكل جرعة). يمثل الخط المتقطع ED50 القيمة المحسوبة من الملاءمة السينية (ص 2 & GT 0.92). جميع البيانات تعني ± SE. *ص & lt 0.01 ، اختبار Mann-Whitney-Wilcoxon.

          لتحديد عدد نقاط الاشتباك العصبي المطلوبة لاستنباط CAP ، قمنا برسم عتبة CAP والسعة مقابل فقدان المشبك الطبيعي (الشكل 4 ، أ و ب). في الواقع ، تم العثور على علاقات غير خطية قوية بين فهارس CAP (العتبة والسعة) وفقدان نقاط الاشتباك العصبي. كانت الخسارة الحرجة للمشابك التي زاد فوقها عتبة CAP 24.2 و 38.3 و 52.9 و 65.8٪ عند 2 و 4 و 8 و 16 كيلو هرتز ، على التوالي (الشكل 4).أ). كان الخسارة الحرجة للمشابك ، التي انخفض فوقها سعة CAP التي أثارتها رشقات نغمة SPL 80 ديسيبل ، 4.5 و 5.7 و 16.1 و 22.6 ٪ عند 2 و 4 و 8 و 16 كيلو هرتز ، على التوالي (الشكل 4).ب). عن طريق تركيب المنحنى غير الخطي يناسب (الشكل 4ج) ، تمكنا من التمييز بين ثلاث مجموعات من ANFs: 1) بركة ذات حساسية عالية تجاه ouabain (≤33 ميكرومتر) ، والتي لا تساهم في السعة وعتبة CAP ، 2) حوض متوسط ​​حساس (متوسط) (33-66 ميكرومتر) ، والذي يشفر فقط سعة CAP ، و 3) بركة ذات حساسية منخفضة للأوابين (≥66 ميكرومتر) ، والتي تملي سعة وعتبة CAP.

          الشكل 4.رسم خرائط ألياف العصب السمعي (ANFs). أ و ب: تحول عتبة CAP (أ) وسعة CAP (ب) أثارها انفجار نغمة SPL 80 ديسيبل كدالة لفقدان نقاط الاشتباك العصبي عند 2 و 4 و 8 و 16 كيلو هرتز (ن = 5 لكل جرعة). تم تركيب البيانات بواسطة نماذج خطية متعددة الأجزاء (ص 2 ، معامل التحديد). تشير المثلثات المعبأة باللونين الأسود والأحمر إلى نقطة توقف x-قيمة كبديل لحساسية ouabain. أشرطة الخطأ الرأسية والأفقية تتوافق مع يعني ± SE. ج: تراكب النماذج الملائمة كما هو موضح في أ و ب تحدد 3 مجمعات من ANFs على أساس حساسية ouabain (OS): نظام التشغيل العالي (33 ميكرومتر) ، ونظام التشغيل المتوسط ​​(33-66 ميكرومتر) ، والألياف منخفضة OS (≥66 ميكرومتر). تظهر الخطوط المتقطعة العمودية التحديدات بين التجمعات المختلفة. تشير النسب المئوية إلى نسبة الألياف لكل تجمع قائم على نظام التشغيل.

          يمكن تفسير زيادة ضعف عتبة CAP والسعة إلى ouabain في منطقة التردد العالي من خلال موقع تطبيق الدواء (أي ، انعطاف القوقعة القاعدية) ، مما يؤدي إلى زيادة تركيز ouabain في المنعطف الأساسي. في هذا السيناريو ، ستؤثر ouabain بشكل تفضيلي على جميع ANFs في المنطقة القاعدية. بدلاً من ذلك ، يمكن أن تدمر ouabain بشكل تفضيلي كسور ANFs المميزة (بسبب حساسيتها للأدوية) بغض النظر عن موقعها على طول المحور اللوني. للتمييز بين هاتين الفرضيتين ، سجلنا وحدات مفردة من العصب السمعي. في القوقعة AP المتحكم بها (الشكل 5 ، أ و ب) ، فإن توزيع ANFs الحساسة ouabain (OS) يعكس عن كثب التوزيع اللوني لـ ANF وفقًا لمعدلها التلقائي ، أي ألياف SR منخفضة ومتوسطة وعالية ، (الشكل 5).ج). في الواقع ، تُظهر مخططات التوزيع المستندة إلى نظام التشغيل مقابل التوزيع المستند إلى SR علاقة خطية (الشكل 5د). في هذا الإطار ، تتوافق المجموعة الحساسة جدًا لـ ouabain مع ANF منخفضة SR ، في حين تتوافق المجمعات ذات الحساسية المتوسطة والمنخفضة مع ANF متوسطة وعالية SR ، على التوالي. إذا كان هذا صحيحًا ، فيجب أن يؤدي تسريب ouabain بتركيز منخفض (33 ميكرومتر) إلى الخسارة الانتقائية لـ ANF منخفضة SR على طول المحور اللوني ، تاركًا ANF المتوسطة والعالية SR غير متأثرة إلى حد كبير. وفقًا لذلك ، أظهرت التسجيلات أحادية الوحدة انخفاضًا كبيرًا في الألياف منخفضة SR بعد ضخ 33 ميكرومتر من ouabain (الشكل 5).ه). عندما قمنا بحساب نسبة ألياف SR المنخفضة والمتوسطة والعالية لكل نطاق أوكتاف متمركز في 2 و 4 و 8 و 16 كيلو هرتز ، تم تقليل نسبة ألياف SR المنخفضة على الألياف المتبقية ، في حين أن نسبة الألياف العالية - وكانت ألياف SR المتوسطة أكبر مما كانت عليه في المجموعة الضابطة (الشكل 5 ، ب و F). للتحقق من أن النسبة الأكبر من ألياف SR العالية والمتوسطة لم تكن بسبب تغيير النمط الظاهري في ANFs المتبقية ، قمنا بتطبيع توزيع الألياف إلى عدد متشابك التحكم من المناعة المناعية ، على سبيل المثال ، مع الأخذ في الاعتبار الخسارة التشابكية عند 33 ميكرومتر . عند القيام بذلك ، لاحظنا بوضوح أن ouabain تدمر انتقائيًا ألياف SR المنخفضة ، في حين أن نسبة تجمعات الألياف SR المتوسطة والعالية لا تتغير (الشكل 5).جي). لأن الألياف منخفضة SR تكون أكثر وفرة في المنطقة القاعدية من قوقعة الجربوع (الشكل 5 ، أ و ب) ، رسمنا التوزيع التراكمي للـ CF للألياف من القاعدة إلى القمة في قوقعة التحكم والمعالجة ouabain (الشكل 5).ح). لم يتم العثور على فرق كبير بين السيطرة والتوزيعات التراكمية ouabain (الشكل 5ح) ، باستثناء التدرج التدريجي من القاعدة إلى القمة. في المقابل ، لوحظ اختلاف واضح عندما قارنا التوزيعات من ألياف منخفضة إلى عالية SR (الشكل 5أنا). إجمالاً ، توضح هذه النتائج أن تجمعات ANF موزعة بشكل مختلف على طول محور القوقعة وأن ألياف SR المنخفضة لديها قابلية أكبر للتأثر بالأبواب من ألياف SR المتوسطة والعالية.

          الشكل 5.تسجيلات أحادية الألياف بعد 33 ميكرومتر ouabain. أ: المعدل التلقائي (SR) للألياف كدالة للتردد المميز (CF) للألياف في جربوع التحكم (4 آذان ، 395 ANF). تحدد الخطوط الأفقية المتقطعة الحدود المنخفضة SR (& lt0.5 spike / s green) ، والمتوسط ​​SR (0.5–18 spikes / s blue) ، وتجمعات الألياف عالية SR (& gt18 spikes / s red). تحدد الخطوط المتقطعة العمودية نطاقات الأوكتاف المتمركزة في 2 و 4 و 8 و 16 كيلو هرتز. ب: توزيع الألياف على أساس SR لكل نطاق أوكتاف محسوب من أ. ج: توزيع الألياف القائم على نظام التشغيل لكل نطاق أوكتاف في حيوانات التحكم المشتقة من تسجيلات CAP (انظر الشكل 4ج). د: الارتباط بين التوزيعات المستندة إلى OS و SR. مخطط التبعثر (12 رمزًا) يتوافق مع البيانات المقترنة الموضحة في ب و ج عند 2 و 4 و 8 و 16 كيلو هرتز (نظام تشغيل مرتفع مع SR منخفض ، ونظام تشغيل متوسط ​​مع متوسط ​​SR ، ونظام تشغيل منخفض مع ألياف SR عالية). علاقة خطية مهمة للغاية (ذ = x) وجد (معامل الارتباط ص = 0.92 ص & lt 0.001 اختبار معامل الارتباط). ه: SR من الألياف كدالة CF من الألياف في 33 ميكرومتر القوقعة المسمومة في ouabain (5 آذان ، 424 ANFs). F: توزيع الألياف على أساس SR لكل نطاق أوكتاف محسوب من ه. جي: توزيع الألياف القائم على SR لكل نطاق أوكتاف تم تطبيعه من خلال حساب المشبك كما هو موضح في الشكل 3ج. تمثل القضبان المفتوحة فقدان نقاط الاشتباك العصبي. ح و أنا: التوزيعات التراكمية للألياف كدالة لـ CF (ح: من القاعدة إلى القمة) و SR (أنا: من منخفض وعالي SR) تحت السيطرة (آثار سوداء) وقوقعة مسمومة (آثار حمراء). تم حساب التوزيعات التراكمية باستخدام التجميع اللوغاريتمي ، 20 حاوية لكل عقد. في ح، لم يتم العثور على فرق من القاعدة إلى القمة بين توزيعات التحكم وتوزيعات ouabain (ص & gt 0.5 ، 2 عينة اختبار Kolmogorov-Smirnov) ، بينما في أنا، تم العثور على اختلاف كبير نشأ من الحذف الهائل للألياف منخفضة SR (ص & lt 0.0001). في أناكانت نسبة الألياف منخفضة SR 14٪ في المجموعة الضابطة (سوداء) و 2٪ في القوقعة المصابة بالتسمم في ouabain (الأحمر).

          مساهمة مجمعات ANF في CAP.

          بالإضافة إلى إظهار حساسية أكبر للألياف من ألياف SR المنخفضة ، فإن نتائجنا تثير التساؤل عن سبب عدم مساهمة الألياف منخفضة SR في CAP. هذا واضح بشكل خاص في منطقة 16 كيلو هرتز من القوقعة ، حيث تسبب 33 ميكرومتر في خسارة ANF بنسبة 20 ٪ دون أي تأثير على سعة وعتبة CAP (الشكل 4).ج). للتحقيق في مساهمة ANFs في CAP ، سجلنا في وقت واحد إمكانات عمل أحادية الوحدة و CAP للعصب السمعي في CF للألياف في جربوع التحكم (الشكل 6 ، أ-ج). عند القياس من بداية انفجار النغمة ، كان وقت استجابة الارتفاع الأول (FSL) يوازي N1-كمون CAP (الشكل 7أ). لاحظ أن N.1كان زمن انتقال -CAP دائمًا أقصر من FSL (الشكل 7أ). وهذا يتفق مع دراسة وانج (1979) ، حيث قام ن1 كان الكمون لإمكانات العمل الأحادي المسجل في النافذة المستديرة أقصر من الكمون المرتفع المقاس في الذروة (كما هو الحال في الدراسة الحالية).

          الشكل 6.مساهمة الألياف المفردة في CAP. أ و ب: قبعة (أ) وإمكانات العمل أحادية الألياف من العصب السمعي الجربوع (ب) تم تسجيلها ورسمها معًا في وقت واحد من أجل ألياف SR منخفضة (خضراء) ومتوسطة SR (زرقاء) وعالية SR (حمراء). تظهر الخطوط المتقطعة الرأسية CAP N1 وقت الإستجابة. كان التحفيز عبارة عن انفجار نغمة تم تقديمه عند التردد المميز (CF) للألياف (ارتفاع / هبوط 1 مللي ثانية ، ومدة 10 مللي ثانية ، و 11 رشقة / ثانية ، و 500 عرض تقديمي ، و 80 ديسيبل SPL ، وقطبية متناوبة). ب يُظهر تحليل وقت الاستجابة الأول (FSL). المؤامرات النقطية (قاع) تم تصميمها على النحو التالي: لكل عرض انفجار نغمة ، تشير النقاط الصغيرة إلى أوقات الارتفاع ، ويتم تمييز وقت الارتفاع الأول الناتج عن الصوت بنقطة كبيرة. الرسوم البيانية FSL (أعلى) المستمدة من مخططات نقطية نقطية باستخدام عرض حاوية 100 ميكرو ثانية. لاحظ أن إطلاق ألياف SR المنخفضة قد تأخر (من N.1) وأقل تزامنًا من ألياف SR المتوسطة والعالية. ج: تحليل الاستجابة الوحدوية. قمة، الرسوم البيانية للوقت المحيط (PSTH) المستمدة من مخططات نقطية نقطية موضحة أعلاه (عرض الحاوية: 20 ميكرو ثانية). أقحم: موجة جيبية مبللة تمثل الشكل الموجي المحتمل خارج الخلية من Prijs (1986). قاع، محاكاة جهد عمل الوحدة (UAP) عن طريق الالتفاف PSTH والشكل الموجي خارج الخلية على النحو الذي اقترحه Goldstein and Kiang (1958). د و ه: القياس الكمي للبيانات المبينة في أ و ب (ن = 106 ANFs). في د، في اليسار هو N.1الفاصل الزمني بين -إلى FSL كدالة لـ SR للألياف وفي حق هو القياس الكمي لكل تجمع قائم على ريال سعودي. في ه، في اليسار هو ارتعاش FSL كدالة لـ SR للألياف وفي حق هو القياس الكمي. F و جي: القياس الكمي للبيانات المبينة في أ و ج. في F، في اليسار هو الفاصل الزمني CAP-to-UAP (من N.1 إلى N.1) كدالة ل SR للألياف وفي حق هو القياس الكمي لكل تجمع قائم على ريال سعودي. في جي، في اليسار هي سعة UAP (من N.1 أعلى1) كدالة ل SR للألياف وفي حق هو القياس الكمي. التحليلات بتنسيق D – G من نفس البيانات (ن = 106 ANFs). تحدد الخطوط المتقطعة العمودية أحواض الألياف SR المنخفضة والمتوسطة والعالية. الخطوط المائلة هي نماذج مناسبة: في د, ذ (بالمللي ثانية) = 0.58 - 0.14 تسجيل (SR) في ه, ذ (بالمللي ثانية) = 0.82 - 0.19 تسجيل (SR) في F, ذ (بالمللي ثانية) = 0.72 - 0.17 سجل (SR) وفي جي, ذ (في nV) = 22.1 + 7.8 سجل (SR) ، مع SR في المسامير / ثانية. **ص & lt 0.01 ***ص & lt 0.001 ، تحليل أحادي الاتجاه لاختبار التباين وإجراء مقارنة متعددة لاحقة.


          الشكل 7.FSL كدالة لـ CF. أ: FSL منخفض SR (أخضر ن = 30) متوسط ​​SR (أزرق ن = 22) ، والألياف عالية SR (أحمر ن = 54) في الجربوع ذات السمع الطبيعي (CF من الألياف & gt2 kHz). تم تقييم FSL استجابةً لانفجار النغمة (80 ديسيبل SPL ، ارتفاع / هبوط 1 مللي ثانية ، مدة 10 مللي ثانية ، 11 رشقات / ثانية ، 500 عرض تقديمي ، قطبية متناوبة ، وتردد مسبار في CF للألياف). تظهر الرموز السوداء حرف N.1 تم تسجيل زمن انتقال CAP في وقت واحد لكل ألياف مفردة (متوسط ​​القيم المحظورة ± SE لكل نطاق نصف أوكتاف). لاحظ التخفيض الموازي لفترات الانتقال من CF إلى CF مرتفع بسبب تأخير موجة السفر. ب: ن1الفاصل الزمني -to-FSL كدالة من CF للألياف. ج: ارتعاش FSL (أي الانحراف المعياري) كدالة لـ CF للألياف. NS ، ليس كبيرا (ص & gt 0.1 ، تحليل أحادي الاتجاه للتباين المحسوب على القيم المجمعة لكل نطاق أوكتاف).

          وفقًا لتأخير موجة السفر ، كلاهما N1- انخفض زمن انتقال CAP و FSL مع زيادة تردد المسبار (الشكل 7أ). للتغلب على تأخير موجة السفر ، عبرنا عن N.1الفاصل الزمني - إلى FSL كدالة لـ CF للألياف ، ولم يتم العثور على أي ارتباط (الشكل 7ب). كان ارتعاش FSL أيضًا مستقلاً عن CF للألياف (الشكل 7ج). عندما يتم التعبير عنها كدالة لـ SR للألياف ، N1انخفض الفاصل الزمني بين FSL و FSL بشكل ملحوظ مع زيادة SR (الشكل 6 ، د و ه). استجابةً لانفجارات نغمة SPL بقوة 80 ديسيبل ، ن1كان الفاصل الزمني -to-FSL على التوالي 360 ± 30 و 665 ± 49 ميكرو ثانية للألياف عالية ومنخفضة SR ، مع ارتعاش 545 ± 38 مقابل 967 ± 92 ميكرو ثانية. لمزيد من فحص مشاركة ألياف SR المنخفضة والمتوسطة والعالية في CAP ، قمنا بتقييم مساهمة إمكانات العمل الأحادي في النافذة المستديرة باستخدام نموذج الالتواء لـ Goldstein and Kiang (1958) باستخدام PSTH للألياف و عمل الشكل الموجي خارج الخلية المحتمل (الشكل 6ج). عند المقارنة مع الاستجابة للألياف عالية SR (الشكل 6 ، F و جي) ، تأخرت الاستجابة الأحادية للألياف منخفضة SR (465 ± 32 مقابل.848 ± 93 μs للألياف عالية ومنخفضة SR ، على التوالي) وكانت السعة أصغر (35.4 ± 1.5 مقابل 17.4 ± 1.6 nV للألياف عالية ومنخفضة SR ، على التوالي). كما هو متوقع ، فإن الدرجة العالية من التزامن للألياف عالية الاستجابة تدعم مساهمتها الرئيسية في CAP المسجل في النافذة المستديرة. على النقيض من ذلك ، فإن السعة المتأخرة والصغيرة للاستجابة الأحادية في النافذة المستديرة ، جنبًا إلى جنب مع توزيع FSL الواسع لألياف SR المنخفضة ، تجعل هذه الألياف من غير المرجح أن تنطلق بشكل متزامن ، وبالتالي فهي تساهم قليلاً في سعة CAP.

          نمذجة مساهمة ANF في استجابة CAP.

          لمزيد من التحقيق فيما إذا كانت اختلافات الدقة الزمنية التي تقل عن الملي ثانية في زمن انتقال وتذبذب FSL في ألياف SR المنخفضة والعالية كافية لشرح المساهمة الضعيفة لألياف SR المنخفضة في CAP ، استخدمنا نموذجًا حسابيًا للقوقعة. لإنشاء نموذج واقعي ، اخترنا محاكاة قوقعة خنزير غينيا لأن خصائصها الفيزيائية الحيوية موثقة جيدًا (Meddis 2006 Sumner et al.2002 ، 2003). لذلك قمنا بمحاكاة عدد كبير من ANFs واستجابة CAP الناتجة عن نشاطها باستخدام النموذج الحسابي لـ Meddis (2006) ، والذي قمنا بدمجه 1) خريطة تردد مكان القوقعة ، 2) عدد ANFs لكل IHC على طول المحور اللوني ، و 3) نسبة الألياف المنخفضة والمتوسطة والعالية SR لكل IHC.

          في هذا النموذج ، أخذنا في الاعتبار 52 IHCs أخذت عينات من كل سدس أوكتاف على طول الغشاء القاعدي من 0.14 إلى 50 كيلو هرتز. غطى هذا التوزيع 97.7٪ من طول الغشاء القاعدي من 1٪ (قمة) إلى 98.7٪ (قاعدة) بزيادات 1.9٪ (Tsuji and Liberman 1997). على أساس عدد المشابك لدينا في خنزير غينيا ، وجدنا علاقة تربيعية بين عدد نقاط الاشتباك العصبي (ن) والموقع على طول الغشاء القاعدي (x، بالنسبة المئوية من القمة) من هذا القبيل ن = −0.00291x 2 + 0.339x + 8.28 أين x = 33.6 + 38.2 سجل (F)، مع F تردد الترميز (بالكيلوهرتز). وهكذا تم توصيل IHCs بواسطة 18 ANF لكل IHC في المنطقة من 2 إلى 12 كيلو هرتز ، و 13 ANF لكل IHC في المنطقة القاعدية ، و 9 ANF لكل IHC في المنطقة القمية من القوقعة ، على التوالي. عن طريق ضبط τكاليفورنيا، قمنا بمحاكاة ألياف SR المنخفضة والمتوسطة والعالية (أي 0.2 و 4 و 30 طفرة / ثانية ، على التوالي). للتحقق من صحة النموذج ، سجلنا وحدات مفردة من العصب السمعي لخنزير غينيا. قامت البيانات المحاكاة بتكرار تسجيلاتنا التجريبية أحادية الوحدة بشكل جيد من العصب السمعي لخنزير غينيا (الشكل 8). لاحظ أنه مهما كان مستوى التحفيز (80 ديسيبل SPL أو 30 ديسيبل أعلى من عتبة الألياف ، الشكل 8ج) ، انخفض اضطراب FSL مع زيادة SR للألياف.

          الشكل 8.FSL في بيانات الوحدة الفردية التجريبية والمحاكاة. أ و د: مخططات نقطية نقطية لوحدة واحدة في التسجيلات في الجسم الحي (أ) وتسجيلات الألياف المحاكاة (د) من العصب السمعي لخنزير غينيا. الوحدات المفردة الثلاث الموضحة في أ تم تسجيله من نفس الحيوان وكان CF قريبًا من 8 كيلو هرتز (النطاق: 7.5-8.5 كيلو هرتز). CF و SR للألياف الثلاثة المحاكاة في د تم تعديلها لتلائم خصائص الألياف في الجسم الحي لتلك الموجودة في أ. لكل تكرار ، يتم تمييز وقت الارتفاع الأول بنقطة كبيرة وتشير النقاط الصغيرة إلى أوقات الارتفاع من ألياف SR المرتفعة (أحمر) ومتوسط ​​SR (أزرق) وألياف SR منخفضة (خضراء). من أجل التوضيح ، يتم عرض أول 200 تكرار فقط من 1000 تكرار. ب و ه: رسوم بيانية FSL من ألياف SR عالية (حمراء) ومتوسطة SR (زرقاء) وألياف منخفضة SR (خضراء) للتجربة (ب) والبيانات المحاكاة (ه). أقحم في ب هو تكبير زمني لمخططات FSL. ج: اهتزاز FSL للألياف منخفضة ومتوسطة وعالية SR استجابةً لانفجار النغمة عند 80 ديسيبل SPL (اليسار) أو 30 ديسيبل أعلى من عتبة الألياف المسجلة في الجسم الحي (حق). تراوح الألياف CF من 1 إلى 32 كيلو هرتز. تشير القيم الموجودة في الأشرطة إلى عدد الألياف لكل مجموعة قائمة على SR. ***ص & lt 0.0001 ، تحليل أحادي الاتجاه لاختبار التباين. F: اهتزاز FSL (أي الانحراف المعياري) كدالة لـ SR للألياف المحاكاة (9 منخفض SR ، أخضر 20 متوسط ​​SR ، أزرق 25 SR مرتفع ، أحمر). تم توزيع CF و SR بشكل تعسفي من 0.25 إلى 40 كيلو هرتز ومن 0.2 إلى 80 طفرة / ثانية ، على التوالي. خطوط عمودية متقطعة ترسم حدود 3 تجمعات ANF.

          على أساس هذه النتيجة ، قمنا بمحاكاة مجموعة من ANFs (أي مخطط عصبي) تطلق من CF إلى منخفض CF و CAP التحليلي استجابة لسرعة الغشاء القاعدي الناتجة عن زيادة مستوى الصوت (الشكل 9). تم تحديد نسبة أحواض ANF الثلاثة وفقًا لتصنيف خنزير غينيا القائم على SR (على سبيل المثال ، 10 و 15 و 75 ٪ للألياف منخفضة ومتوسطة وعالية SR ، على التوالي) ، والتي تكون متجانسة على طول المحور اللوني (Tsuji and Liberman 1997). في المجموع ، قمنا بتضمين 807 ANF تشتمل على 89 ألياف منخفضة ، و 127 متوسطة ، و 591 أليافًا عالية SR ، وافترضنا أن كل حدث إطلاق أثار جهد فعل واحد (Rutherford et al. 2012 Siegel 1992) ، باستثناء فترة المقاومة (Meddis 2006) ).

          الشكل 9.محاكاة إطلاق العصب السمعي (نيوجرام). أ: نموذج حسابي مقتبس من Meddis (2006). إطلاق نار بإثارة الصوت (مخطط عصبي ، أعلى) و CAP (قاع) 807 ANF موزعة على طول المحور اللوني من 0.14 إلى 50 كيلو هرتز استجابةً لانفجار نغمة 8 كيلو هرتز (ارتفاع / هبوط 1 مللي ثانية ، مدة 10 مللي ثانية ، 100 عرض لكل مستوى ، عرض حاوية 0.5 مللي ثانية) مع زيادة المستوى من 20 إلى 100 ديسيبل SPL. يشير شريط مقياس اللون إلى معدل إطلاق النار من 0 إلى 1،000 مسمار / ثانية. يشير الخط المتقطع العمودي إلى بداية التحفيز ، بينما يُظهر الخط الأفقي المتصل تردد المسبار. لاحظ النشاط العفوي لـ ANF خارج منطقة تردد المسبار (البقعة الزرقاء) والتثبيط اللاحق للاستثارة بعد التحفيز الصوتي. ب: سرعة الغشاء القاعدي (BM) على طول المحور اللوني. تزداد سرعة BM مع ارتفاع مستوى الصوت. لاحظ انتقائية التردد المنخفض مع زيادة الشدة. ج: ANF تنشط بالصوت لكل IHC على طول المحور اللوني. يُظهر الخط الرمادي المتقطع صورة القوقعة المشبكية لخنزير غينيا. كان معيار ANF المنشط بالصوت 10 ارتفاعات / ثانية أعلى من SR.

          ثم بحثنا في سيناريوهات مختلفة لفقدان الألياف. أولاً ، قمنا بمحاكاة اجتثاث تدريجي لـ ANFs من المنعطف الأساسي نحو المنعطف القمي بغض النظر عن SR (الشكل 10).أ). أظهر CAP التحليلي الناجم عن رشقات نغمة 8 كيلو هرتز انخفاضًا مفاجئًا في السعة فوق 20 ٪ خسارة ANF (الشكل 10)ب) ، وهو تحول جذري في العتبة يصل إلى 30٪ من فقدان الألياف مصاحبًا لـ N سريعًا1 زيادة الكمون (أي عندما يقترب انتشار فقدان الخلايا العصبية من مكان مسبار التردد ، الشكل 10ج) ، ولا يوجد غطاء يزيد عن 50٪ من فقدان الألياف. ثانيًا ، قمنا بالتحقيق فيما إذا كان ouabain قد دمر بشكل عشوائي ANFs بغض النظر عن SR (الشكل 10د). لم يؤثر الاستنفاد العشوائي لـ ANFs حتى 70 ٪ بشكل كبير على العتبة (التحول & lt 10 ديسيبل) ، في حين أن أي خسارة إضافية لـ ANF تسبب في ارتفاع مفاجئ في العتبة مع تقدم حاد (الشكل 10).ه). وفي الوقت نفسه ، هناك انخفاض خطي في CAP مع عدم وجود تغيير في N.1 لوحظ الكمون مع زيادة الفقد التعسفي لـ ANFs (الشكل 10 ، ه و F). ثالثًا ، بحثنا في الاستئصال التدريجي لـ ANFs وفقًا لـ SR الخاص بهم وبشكل مستقل عن موقع القوقعة الخاص بهم (الشكل 10).جي). لم يؤثر استنفاد ألياف SR المنخفضة (أي 10 ٪ من جميع ANFs) على سعة أو عتبة CAP المحاكاة (الشكل 10).ح). كان للخسارة الإضافية لمجمع الألياف SR المتوسط ​​(أي 25 ٪ من جميع ANFs) تأثير طفيف على سعة CAP (انخفاض بنسبة 10 ٪) وترك العتبة السمعية غير متأثرة (الشكل 10).ح). ومع ذلك ، أدى النضوب التدريجي للألياف عالية SR إلى انخفاض كبير في سعة CAP. أدى استئصال 70 ٪ من ANFs (أي 45 ٪ ألياف عالية SR) إلى زيادة تحول العتبة إلى 10 ديسيبل ، وارتبطت خسارة أخرى بارتفاع أكثر حدة في العتبة (الشكل 10).ح). في السيناريو الأخير ، فإن N.1- يظل الكمون -CAP ثابتًا (الشكل 10أنا) كما لوحظ في بياناتنا التجريبية من الجربوع (غير معروض). لاحظ أن نمط التغييرات في عتبة CAP ، والسعة ، والكمون الناتج عن الاستئصال التدريجي من ANF منخفض إلى مرتفع SR يتماشى مع سلوك CAP في جربيل (الشكل 4)ج) ويدعم عدم مساهمة الألياف منخفضة SR في CAP.

          الشكل 10.محاكاة السيناريوهات المختلفة لانحطاط ANF. إطلاق ANF (مخطط عصبي ، أعلى) واستجابة CAP (قاع) كدالة لفقدان الألياف في 3 سيناريوهات تنكس عصبي: أ-ج، الانحطاط من القاعدة إلى القمة (عالية إلى منخفضة CF) ، بغض النظر عن SR D – F، تنكس عشوائي ، مستقل عن SR و CF G –I، تنكس من ألياف منخفضة إلى عالية SR ، مستقلة عن التليف الكيسي. تمت محاكاة الرسوم العصبية و CAPs استجابةً لرشقات نغمة 8 كيلو هرتز (ارتفاع / هبوط 1 مللي ثانية ، مدة 10 مللي ثانية ، 80 ديسيبل SPL ، 100 عرض تقديمي). يُظهر الخط الأسود الأفقي في الرسوم البيانية العصبية تردد المسبار. يشار إلى فقدان الألياف كنسبة مئوية في أعلى من كل مخطط عصبي في أ, د، و جي. يشير شريط مقياس اللون إلى معدل إطلاق النار من 0 إلى 1،000 مسمار / ثانية (عرض الصندوق: 0.5 مللي ثانية). ب, ج, ه, F, ح، و أنا: تأثير فقد الألياف بزيادات خطوة 1٪ على تحول عتبة CAP (غادر ذ-المحور واللون الأسود في ب, ه، و ح) ، سعة CAP (ذ الحق-المحور واللون الأحمر في ب, ه, ح) ، ووقت استجابة CAP (ج, F, أنا). في ب و ج، تشير الخطوط المتقطعة العمودية إلى تردد المسبار. في ح، خطوط متقطعة عمودية ترسم حدود SR المنخفضة (10٪ أخضر) ، متوسطة SR (15٪ أزرق) ، ومجمعات ألياف SR عالية (75٪ أحمر) في العصب السمعي لخنزير غينيا.


          مناقشة

          لمحة موجزة

          في هذه الدراسة ، قمنا بفحص تأثيرات 30 ثانية من نبضات 960 كيلوهرتز بالولايات المتحدة على محور العصبون الحركي DE-3 ، وهي خلية تم تحديدها بشكل فريد في العلقة الطبية. كشفت التجارب أن التأثير الأساسي للولايات المتحدة ، في هذه المعلمات ، كان قمع إطلاق الخلايا العصبية عبر كتلة التوصيل المحتملة للعمل. كانت إحدى مزايا دراستنا أن التباين من نوع الاستجابة (أي الإثارة مقابل المثبطة) كان محصوراً في نفس الخلايا العصبية المحددة ، مما مكننا من تجنب النتائج المربكة الناشئة عن أي وصول غير متسق إلى نفس النوع أو أنواع مماثلة من الخلايا العصبية عبر جلسات التسجيل ، والتي كانت إشكالية في دراسات أخرى عن اللافقاريات والثدييات. علاوة على ذلك ، من خلال إزالة المدخلات المتشابكة كيميائيًا ، يمكننا تحديد ما إذا كانت النتائج التي يسببها التحفيز هي وظيفة للإجراءات المباشرة على العصب الحركي المستهدف (الشكل 4).

          على عكس تحقيق كل من تثبيط الخلايا العصبية الناجم عن الولايات المتحدة والمقارنة بالولايات المتحدة ، كان من الصعب تحقيق الإثارة العصبية واعتُبر أنها تعتمد على الأرجح على المدخلات المشبكية التي تأثرت بشكل غير مباشر ، بما يتوافق مع الدراسات السابقة التي أجريت في تحضيرات الدماغ السليمة من أنواع الثدييات ( Guo et al.، 2018 Sato et al.، 2018).

          دعم آلية حرارية للعمل الأمريكي

          تدعم بياناتنا فكرة أن الولايات المتحدة تعدل النشاط العصبي الحركي عبر آلية حرارية في الغالب ، إن لم يكن بالكامل. لقد توصلنا إلى هذا الاستنتاج بطريقتين. أولاً ، لم نتمكن من تعديل نشاط الخلايا العصبية DE-3 بشكل موثوق في غياب الحرارة (الشكل 5). ثانيًا ، أجرينا تجارب إضافية باستخدام ليزر بقدرة 50 ميغاواط وجهاز سلكي ، مما يحاكي تسخين الأعصاب المرتبط بالولايات المتحدة ، ووجدنا أنه بإمكانهما تقليد تأثيرات الولايات المتحدة بشكل موثوق (الشكل 6). توصلت نتائج الدراسات السابقة التي فحصت أنواعًا أخرى من الخلايا العصبية إلى استنتاجات مماثلة مفادها أن مكون الحرارة في الولايات المتحدة يقود الاستجابات المثبطة (Lele ، 1963 Ueda et al. ، 1977 Darrow et al. ، 2019).

          التطبيقات القصيرة للولايات المتحدة (100 مللي ثانية ، 3.16 ثانية) ، والتي لم تولد تسخينًا كبيرًا ، فشلت في تثبيط أو إثارة النشاط. علاوة على ذلك ، بعد تقليل الحرارة المرتبطة بالولايات المتحدة بشكل كبير من تطبيقاتنا الأطول (30 ثانية) من 3.5 درجة مئوية إلى 0.3 درجة مئوية مع ركيزة طبق أقل عزلًا ، انخفض معدل تثبيط الخلايا العصبية بشكل كبير من 14/22 عصبًا إلى 5/20 عصبًا. . قد تكون هذه التسجيلات الخمسة المتبقية قد عكست التباين الطبيعي في إطلاق النار ، حيث فشل متوسط ​​معدل إطلاق النار في التجارب المثبطة في الارتباط بالتغيرات في درجة الحرارة (ص 2 = 0.11) ، مقارنة بنماذج الولايات المتحدة ذات الحرارة العالية والحرارة العالية (ص 2 = 0.82 و 0.87 و 0.77 ، للحرارة المرتفعة الأمريكية والليزر والأسلاك على التوالي).

          من الجدير بالذكر أننا لاحظنا أقل قدر من الإثارة العصبية في التجارب التي أجريت في Ca 2+ - محلول ملحي خالي (1/9 أعصاب) ومع الليزر (1/13 أعصاب). Ca 2+ -المحلول الملحي الخالي يمنع الخلايا الحسية أو الأنسجة الأخرى من إثارة متشابك DE-3. أنتج الليزر التسخين الأكثر تقييدًا من الناحية المكانية ، مما يحد من مساهمات المسارات العصبية الأخرى التي قد توفر مدخلات مثيرة للعصب الحركي مقارنة باستخدام محفزات الحرارة الأقل تركيزًا (الليزر مقابل الأسلاك). تشير هذه البيانات إلى أن الإثارة الحرارية تنبع إلى حد كبير أو كليًا من التسخين على مستوى الدائرة ، بينما يؤدي التسخين المحوري المستهدف إلى تثبيط (تم تلخيصه في الشكل 9). يتم دعم هذه الاستنتاجات أيضًا من خلال عدم قدرتنا على توليد تثبيط عصبي عن طريق تسخين الحمام بدرجة 2 درجة مئوية ، كما ورد سابقًا في العلقة (Romanenko et al. ، 2014). أخيرًا ، من المحتمل أن يكون معدل وحجم التثبيط الملحوظ ، عبر المحفزات المختلفة المستخدمة ، ناتجًا عن الاختلافات في معدلات التسخين (الشكل 7). يعد ارتفاع معدل تسخين الأنسجة عاملاً محددًا بارزًا لنتائج التعديل العصبي في أشكال أخرى من التعديل العصبي الحراري ، بما في ذلك الأشعة تحت الحمراء (Shapiro et al. ، 2012).

          النظر في المكونات غير الحرارية للولايات المتحدة على نشاط DE-3

          اقترحت الدراسات السابقة أن الآليات غير الحرارية تكمن وراء التغيرات في الإثارة أو التثبيط العصبي الناجم عن الولايات المتحدة ، مثل التجويف داخل الغشاء (Plaksin et al. ، 2014) أو التأثيرات الميكانيكية الأخرى ، بما في ذلك تنشيط قنوات الأيونات الحساسة ميكانيكيًا ، خاصة في الخلايا العصبية الحسية الميكانيكية (كوبانيك) وآخرون ، 2018) ، وقوة الإشعاع. أفادت العديد من الدراسات أن الولايات المتحدة عند الترددات & lt400 كيلو هرتز تستحضر النشاط بشكل أكثر كفاءة من الولايات المتحدة عند الترددات الأعلى (King et al. ، 2013 Kim et al. ، 2014). قد يكون هذا التناقض مدفوعًا بآلية قائمة على التجويف ، حيث تولد الترددات المنخفضة قوى تجويف أكثر فعالية (Gaertner ، 1954). اخترنا استخدام ترددات أعلى (960 كيلو هرتز) للسماح باستهداف أكثر دقة لـ DE-3 (Carovac et al. ، 2011). ومع ذلك ، قد يكون هذا التردد مرتفعًا جدًا لتوليد إجراءات التجويف. في تحضير مماثل (العصب اللافقاري) ، يمكن تحقيق إمكانات أثار التجويف عند 0.67 كيلو هرتز ولكن ليس 1.1. ميغاهيرتز (رايت وآخرون ، 2017). ومع ذلك ، نظرًا لإمكانية تمزق الأغشية العصبية (Wright et al. ، 2017) ، فإنه لا يزال من غير الواضح ما إذا كان هذا هو وضع التطبيق المرغوب لمتابعة.

          قد يكون العامل الآخر الذي ساهم في عدم قدرتنا على استحضار النشاط ميكانيكيًا هو ضغط الذروة 660-kPa الذي استخدمناه. ومع ذلك ، كان هذا المقدار من الضغط أعلى بكثير من المستويات المستخدمة في دراسات الخلايا العصبية في الدماغ القشرية ، والتي عزت تأثيرات الولايات المتحدة إلى القوى الميكانيكية (على سبيل المثال ، Tyler et al. ، 2008 Tufail et al. ، 2010). علاوة على ذلك ، من غير المحتمل أن نتجاوز نطاقًا فعالًا من الضغوط لأن الدراسات التي أبلغت عن التأثيرات عبر الجمجمة المنسوبة ميكانيكيًا للولايات المتحدة قد غطت مجموعة من الضغوط التي تشمل ضغوطنا (0.03 - 1.11 ميجا باسكال) ، وعلى الرغم من وجود نقطة تشبع ذات سعة متزايدة ، لا يرتبط بانخفاض استجابات الولايات المتحدة (King et al. ، 2013).

          يتضمن التحفيز عبر الجمجمة في الولايات المتحدة عادةً تعديل الجسد العصبي ، بينما ، في دراستنا ، استهدفنا محور عصبي داخل العصب المحيطي. وبالتالي ، لا يزال يتعين على المرء أن يفكر فيما إذا كنا قد فشلنا في استخدام ضغط مرتفع بدرجة كافية في سياق تنشيط العصب المحيطي. هذا التمييز مهم يجب مراعاته لأنه يُعتقد أن الأعصاب الطرفية لديها عتبات تنشيط أعلى في الولايات المتحدة من الأنسجة العصبية المركزية (رايت وآخرون ، 2017). كشفت بعض الدراسات الحديثة للأعصاب المحيطية أن الضغوط العالية ، التي تتجاوز بكثير ضغطنا ، ضرورية لاستحضار الاستجابات المرتبطة بالحركة على سبيل المثال ، 2 ميجا باسكال في اللافقاريات (رايت وآخرون ، 2017) ، وما يصل إلى 5.4 ميجا باسكال (داونز وآخرون. آل ، 2018) ، 11.8 ميجا باسكال (كيم وآخرون ، 2020) ، و 30 ميجا باسكال (لي وآخرون ، 2020) في الثدييات. وبالتالي ، قد يكون من الممكن استحضار تأثيرات ناتجة ميكانيكيًا مع ضغوط أمريكية أعلى. ومع ذلك ، فإن الضغوط في 10s من نطاق MPa تولد شدة تتجاوز بكثير عتبات السلامة الحالية للاستخدام التشخيصي (FDA ، 2019) ، ومن المحتمل أن تكون مدمرة للغاية لاستخدامها في علاجات التعديل العصبي القابلة للعكس. كمرجع ، تبين أن الزيادات في درجة الحرارة في دراستنا (& lt5 ° C) آمنة في أنظمة الثدييات لفترات التعرض للدماغ لأكثر من 60 دقيقة (Haveman et al. ، 2005). بالإضافة إلى ذلك ، من المشجع أن 100٪ من الأعصاب التي عالجناها مع الولايات المتحدة ظلت قادرة على نقل إمكانات عمل DE-3 ، مع عودة 78٪ إلى معدلات إطلاق خط الأساس خلال 20 ثانية من توقف التحفيز.

          الآليات الكامنة وراء التثبيط الحراري تحت نطاق درجات الحرارة المعروف أنها تسبب تنكس البروتين أو نخره (-45 درجة مئوية في البشر ، أو -8 درجة مئوية أعلى من المعدل الطبيعي وانج وآخرون ، 2014) ليست مفهومة تمامًا ، ولكنها قد تتضمن تغييرات في الأيونات - الخواص الحركية والقنوات الناقلة للقناة. حققنا في كيفية قيام الولايات المتحدة بتثبيط النشاط العصبي حراريًا عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا (& lt5 ° C). كبديل للحرارة المرتبطة بالولايات المتحدة ، استخدمنا الليزر ، لأنه كان الأكثر توافقًا مع قطب التسجيل داخل الخلايا الخاص بنا ، ولم يولد رنينًا للإلكترود كما تفعل الولايات المتحدة ، مما قد يحجب دقة بيانات التسجيل داخل الخلايا (Collins and Mesce ، 2020). أثناء تطبيق الحرارة ، لاحظنا استمرار المسامير المسجلة في سوما مع فقدان النتوءات البعيدة عن الحافز (الشكل 8) ، مما يشير إلى أن التثبيط كان بسبب فشل التوصيل السنبلة.

          الآليات المحتملة بوساطة الحرارية الكامنة وراء تثبيط DE-3

          إحدى الآليات الواعدة لشرح كتلة التوصيل بوساطة الحرارة التي لاحظناها هي فقدان التوازن الأيوني. لقد ثبت أن القمع الحراري للنشاط العصبي مصحوب بارتفاع في البوتاسيوم خارج الخلية في أنظمة اللافقاريات (Money et al. ، 2009) والثدييات (Wu and Fisher ، 2000). على مستوى الدائرة ، زادت [K +]ا يُعتقد أنه يكمن وراء انتشار الاكتئاب (Kraio and Nicholson ، 1978 Somjen ، 2001 Ayata and Lauritzen ، 2015) ، وهي ظاهرة محفوظة يتعطل فيها النشاط العصبي حتى يتم استعادة تدرجات التركيز (Spong et al. ، 2016). الأهم من ذلك ، وجدت دراستان سابقتان أجريت على دماغ الفئران أن الولايات المتحدة يمكن أن تحفز انتشار الاكتئاب ، مما يؤدي إلى تأثيرات تذكرنا برفع البوتاسيوم خارج الخلية دوائيًا (كوروليفا وآخرون ، 1986) وزيادة درجة الحرارة (أويدا وآخرون ، 1977). يمكن أيضًا أن يسبق انتشار التثبيط المرتبط بالاكتئاب إزالة استقطاب إمكانات غشاء الراحة (Pietrobon and Moskowitz ، 2014) ، والإثارة المفرطة (Rodgers et al. ، 2007).وبالتالي قد تفسر هذه الآلية الارتفاع القصير في معدل إطلاق النار الذي سبق بعض تجاربنا المثبطة ، خاصة تلك التي تستخدم السلك (المحفز "الأكثر سخونة" في الدراسة الحالية) ، كما يتضح من الزيادة الأولية في متوسط ​​معدل إطلاق النار (الشكل 6). ).

          مصدر واحد للزيادة [K +]ا قد يكون زيادة التوصيل من خلال قنوات البوتاسيوم ذات الجهد الكهربائي (K.الخامس). في أبليسيا، يتم تقليل كتلة التوصيل بوساطة الحرارة (الأشعة تحت الحمراء) بشكل كبير بواسطة رباعي إيثيل الأمونيوم (TEA) ، أ كالخامس المضاد (جانجولي وآخرون ، 2019 أ ، ب). مصدر أساسي أو تكميلي إضافي لـ [K +]ا قد يكون عبر قنوات بوتاسيوم ثنائية المسام ، وهي حساسة للحرارة (Schneider et al. ، 2014) ، والتي تزداد موصليةها عند التعرض للولايات المتحدة (Kubanek et al. ، 2016) بواسطة آلية حرارية يُقال عنها (Prieto et al. ، 2020) . الأهم من ذلك ، أن كلا الفئتين من قنوات البوتاسيوم يتم التعبير عنها في كل مكان بواسطة الخلايا العصبية ، والآلية التي تستهدف هذه القنوات ستلغي الحاجة إلى قصر علاجات التعديل العصبي في الولايات المتحدة على فئات من الخلايا التي تعبر عن قنوات أيونية معرضة للتنشيط الميكانيكي الأمريكي ، بما في ذلك بيزو (Prieto et al. . ، 2018) ، و TRP (Yoo et al. ، 2020) ، و DEG / ENaC / ASIC (Kubanek et al. ، 2018) ، أو لإدخال قنوات أيونية غير ذاتية الحساسية في الأنسجة المستهدفة المرغوبة لا الوراثة الصوتية (إبسن وآخرون ، 2015). علاوة على ذلك ، نظرًا لقيود السلامة المرتبطة بالضغوط العالية التي قد تكون مطلوبة لتعديل الخلايا العصبية غير الحسية ميكانيكيًا ، قد تكون التطبيقات الحرارية أكثر عملية وتنوعًا من التطبيقات الميكانيكية.

          التطبيقات السريرية

          يمكن أن يكون للقدرة على قمع نشاط الخلايا العصبية بأمان وبشكل قابل للعكس تأثير سريري كبير على مجموعة واسعة من الاضطرابات العصبية. تم التخفيف إلى حد ما من أهمية نتائج هذه الدراسة لتطبيقات صحة الإنسان من خلال الفروق المتأصلة بين الجهاز العصبي للثدييات واللافقاريات ، وربما يكون أهمها هو عدم تكوّن النخاع في محاور اللافقاريات. على الرغم من هذا الاختلاف الرئيسي ، فإن التوصيل المحتمل للعمل في العلقة ، والذي تم اقتراح تثبيطه حرارياً في هذه الدراسة ، يخضع لنفس فئات القنوات الأيونية التي تجري جهود الفعل في الثدييات ، بما في ذلك مرحلة الصعود بوساطة قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي. ، وطور السقوط بوساطة K.الخامس(كلاينهاوس ، 1976 كلاينهاوس وبريتشارد ، 1976). قد يؤدي توزيع هذه القنوات الأيونية ، عبر أعصاب الثدييات النخاعية والألياف اللافقارية ، إلى نتائج مختلفة. ومع ذلك ، من الواضح أن نتائجنا ذات صلة بتعديل الألياف C المتضمنة في نقل الألم (Costigan and Woolf ، 2000) ، والتي مثل الأعصاب اللافقارية غير منقوعة. بناءً على نتائج دراستنا ، قد يكون العلاج الحراري الأمريكي علاجًا فعالًا ، ليس فقط للألم ، ولكن أيضًا لإدارة نشاط الأعصاب المحيطية المفرط ، بما في ذلك اعتلالات الأعصاب الطرفية (سانت جون سميث ، 2018) والتشنج (Raghavan ، 2018).


          شاهد الفيديو: جهد الراحة Resting Potential (كانون الثاني 2022).