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Experimento: Referenciando Spikes - Backyard Brains
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Experimento: Referenciando Spikes

Revisión a fecha de 18:47 4 may 2012; Timothy (Discusión | contribuciones)
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Background

Para entender este experimento, uno debe primero tener un entendimiento del concepto de voltios (or Voltaje). El voltaje es una medida de la diferencia eléctrica entre dos puntos.

Por ejemplo, ¿te has peinado alguna vez el pelo en un día seco y notado que tu pelo empieza a "flotar" hacia la peineta? Esto se debe a que has generado una diferencia eléctrica entre la peineta y tu pelo.

Hair.jpg

Al peinar el cabello, las tiras de plástico de la peineta "quitan" electrones de tu cabello, creando una diferencia en la carga, o "voltaje", entre tu pelo y la peineta. Como resultado, esta separación de cargas crea una curiosa atracción de tu pelo hacia la peineta, mientras que también hace que hebras individuales del cabello se repelan entre sí.

Esta diferencia de carga implica además que no es posible medir el voltaje en un solo punto. Cualquier valor de voltaje observado será siempre un valor relativo, o mejor dicho, el valor en un punto (peineta) definido respecto al valor en otro punto (cabello). Tu pelo y la peineta tienen una diferencia de carga relativa, con la peineta ligeramente menos negativa que el pelo. Como otro ejemplo, la batería de nueve voltios que alimenta tu SpikerBox tiene una diferencia de 9 voltios en voltaje entre los extremos '+' y '-'.

Debido a que el voltaje es una medida de la diferencia entre dos puntos, el cable del electrodo de tu SpikeBox tiene dos agujas en lugar de una; estamos midiendo el voltaje entre las dos agujas del electrodo. En un mundo ideal, tus electrodos tienen cualidades distintas, un electrodo de "grabación" que captura la señal de interés (espigas) ojalá ubicado cerca de algún nervio, y un electrodo de “tierra" idealmente ubicado en una parte del organismo que tenga poca señal eléctrica presente.

Exp1 fig11.jpg

¿Por qué? Porque necesitas una diferencia entre los dos electrodos para ver espigas. Las espigas (potenciales de acción) son extremadamente pequeñas, del orden de microvoltios a milivoltios, y por lo tanto deben ser amplificadas por dispositivos como tu Spikerbox para poder ser detectadas. Veamos lo que ocurre cuando una espiga viaja por un nervio, y tenemos nuestros electrodos de registro y de tierra en los extremos opuestos del nervio. En la figura de abajo, la espiga se representa como un "+" en una superficie de muchos '-' dentro del nervio.

Assignment3point d2.jpg

A medida que el electrodo de registro se encuentra con la espiga, el resultado es una barra hacia arriba en nuestra medición de voltaje. Luego, cuando la espiga se encuentra entre ambos electrodos, de registro y de tierra, no hay diferencias entre lo que cada electrodo "ve", por lo que se registra un cero. A medida que la espiga se desplaza por el electrodo de tierra, el electrodo de registro ahora parece negativo con respecto al de tierra, se registra una barra hacia abajo en la medición de voltaje. Luego, cuando la espiga viaja por el nervio más allá del electrodo de tierra, la lectura de voltaje vuelve a la normalidad.

Consideremos ahora un experimento mental donde nos encontramos con un mundo extraño, alternativo, en el que los potenciales de acción viajan infinitamente rápido a través de los nervios. Imagina que intentamos grabar espigas de este nervio con la misma configuración de electrodos que en el caso anterior. Si un potencial de acción ocurre, y estamos midiendo la diferencia de voltaje entre el electrodo de registro y el electrodo de tierra, ¿qué esperamos ver?

Dado que tanto los electrodos de registro y de tierra estarán al mismo potencial eléctrico debido a que el potencial de acción es infinitamente rápido, registraríamos un valor igual a cero...lo que nos llevaría a concluir que este animal no genera potenciales de acción, y por lo tanto utiliza un método de comunicación neuronal nuevo y desconocido para la ciencia! Si esto fuera cierto, sería algo genial para nuestras carreras, pero lamentablemente nuestras conclusiones no serían correctas. Nuestra colocación de los electrodos, simplemente no nos permite "ver" el potencial de acción.

Por lo tanto, debido a que una medición de voltaje es una medida de la diferencia entre los electrodos de grabación y electrodos de tierra, necesitas analizar cuidadosamente donde colocar los electrodos para grabar las señales neuronales. Por ejemplo, considera las siguientes tres condiciones:

Spikelocation3.jpg

En la condición de más arriba (electrodos muy alejados, pero ambos en tejido neural), estás registrando una mezcla muy “poblada” de espigas de seis neuronas ya que verías las tres neuronas cerca del electrodo de tierra y las tres neuronas cerca del electrodo de registro ). En la condición del medio (electrodo de tierra en el hueso, electrodo de registro en el tejido nervioso), la grabación sería menos "poblada", ya que el electrodo de tierra se encuentra en hueso, donde no hay neuronas presentes. Sólo lograrías ver espigas de las tres neuronas cerca del electrodo de registro. Consideremos ahora la condición inferior. Puedes notar que hay dos neuronas exactamente a la mitad entre los electrodos de grabación y de tierra. Ambos electrodos verían exactamente la misma señal a partir de estas dos neuronas, por lo que no serías capaz de observar las neuronas centrales. Sin embargo, sí podrías ser capaz de registrar desde la neurona en el lado derecho, que está más cerca del electrodo de registro. En esta grabación, obtendrías un registro muy limpio de sólo 1 neurona, algo que los neurocientíficos amamos ¿Y por qué? Volveremos a esto más adelante.

Por ahora, en este experimento, vamos a examinar diversas configuraciones de electrodos de registro y electrodos de tierra.

Procedimiento

Nota: para este experimento nos referimos a electrodos de "tierra" y electrodos de "grabación", pero tu puedes decidir arbitrariamente cuál de ellos se llamará de registro y cual se llamará tierra.

Materiales

Para este experimento necesitarás:

  1. Un SpikerBox estándar con una pata de cucaracha preparada
  2. Si quieres grabar los datos, un cable de conexión o un cable para Smartphone

¡Eso es todo!

Pasos

  1. Configura tu computador/dispositivo móvil para grabación y prepara una pata de cucaracha, como se describe en el Experimento 1.
  2. Coloca tu electrodo de registro en el fémur, y el electrodo de tierra (de referencia) en la coxa como se muestra en la figura de la derecha.
    Pinsinleg1.jpg
  3. Sopla la pata de la cucaracha. Observa si la respuesta es un "barrido" amplio de actividad neuronal, o si se trata de un tren de espigas individual.
  4. Con cuidado, tocar las púas de la pata con un palillo. Observa si la respuesta es un "barrido" o un tren de espigas individual
  5. Ahora mueve el electrodo de tierra al fémur, junto con el electrodo de registro, como se muestra a continuación.
    Pinsinleg2.jpg
  6. Repite los pasos 3-4 como en el punto 5.
  7. Por último, coloca ambos electrodos, de tierra y de registro, en la coxa, como se muestra a continuación.
    Pinsleg3.jpg

¿Qué puedes observar? ¿Puede dar una explicación para esta diferencia? Aquí hay un paper clásico de 1954 sobre la neuroanatomía de la pata de la cucaracha que podría ser útil.

Preguntas de Discusión

1- ¿Qué es el voltaje? Cuando se reporta el voltaje, ¿es un número absoluto o es un valor diferencial?

2 - En este experimento, aprendiste que sucede cuando se mueve los electrodos de tierra y de registro a una nueva ubicación. ¿Qué crees que pasaría si inviertes tus electrodos de tierra y de grabación en la primera configuración, poniendo la "tierra" en el fémur y el electrodo de registro en la coxa?

3 - Con un electrodo en la coxa y el fémur, existe generalmente una gran cantidad de "actividad de fondo". ¿Cómo cambia esto al poner ambos electrodos en el fémur? ¿Y en la Coxa? ¿Cuál de las configuraciones que aparecen en la ilustración de arriba corresponde a cada configuración de grabación de la cucaracha?