Záznam jedné jednotky znamená použití elektrody k záznamu elektrofyziologické aktivity (akčních potenciálů) z jednoho neuronu.
Elektroda zavedená do mozku živého zvířete detekuje elektrickou aktivitu, která je generována neurony přiléhajícími k hrotu elektrody. Pokud se jedná o mikroelektrodu s hrotem o velikosti 3 až 10 mikrometrů, elektroda často izoluje aktivitu jediného neuronu. Aktivita se skládá z napětí generovaného v extracelulární matrici proudovými poli vně buňky, když generuje akční potenciál. Záznam tímto způsobem se obecně nazývá „záznam jedné jednotky“. Zaznamenané akční potenciály vypadají velmi podobně jako akční potenciály zaznamenané intracelulárně, ale signály jsou mnohem menší (obvykle kolem 0,1 mV). Tímto způsobem se provádí většina záznamů aktivity jednotlivých neuronů u zvířat. Záznamy jednotlivých neuronů u živých zvířat poskytly důležité poznatky o tom, jak mozek zpracovává informace, a to v návaznosti na hypotézu, kterou vyslovil Edgar Adrian, že jednotkové akční potenciály jsou základním prostředkem komunikace v mozku. David Hubel a Torsten Wiesel například zaznamenávali aktivitu jednotlivých neuronů v primární zrakové kůře anestezované kočky a ukázali, jak jednotlivé neurony v této oblasti reagují na velmi specifické rysy zrakového podnětu. Hubel a Wiesel získali v roce 1981 Nobelovu cenu za fyziologii nebo lékařství.
Izolovaná nervová aktivita je zaznamenávána také u bdělých, chovajících se zvířat. Ta není bolestivá, protože mozek nemá žádné vnitřní receptory bolesti. Zvířata jsou také udržována v co nejlepším fyzickém a psychickém stavu, aby byla co nejlépe výkonná během dlouhého tréninku a sběru dat trvajícího měsíce až roky. Cílem je sledovat, jak aktivita jednotlivých neuronů souvisí s aplikovaným podnětem i s výsledkem chování zvířete. Příčinné vztahy lze stanovit průchodem proudu mikroelektrodou, tzv. mikrostimulací. Elektrický proud manipuluje s aktivitou lokálních populací neuronů, což ovlivňuje chování zvířete.
Je popsán příklad postupu pro vyhledávání jednotlivých neuronů v mediální temporální oblasti (MT). Tato oblast zpracovává pohyb zrakových podnětů a buňky, které ji tvoří, jsou naladěny na polohu, rychlost, velikost a disparitu zrakového objektu; naladění buněk je rozhodující pro určení, kterou oblastí mozku prochází hrot mikroelektrody (viz níže). Signál vycházející z elektrody se přehrává přes reproduktor a elektroda se posouvá vpřed, zatímco zvíře provádí experimentální úkol. Když se hrot nachází v šedé hmotě, zní výstup z reproduktoru jako bílý šum, s výjimkou občasných střihavých, skřípavých a klapavých zvuků blízkých neuronů. Když se hrot dostane do bílé hmoty, tyto zvuky se vytratí a je ticho. Jakmile se předpokládá, že se elektroda nachází v MT, zobrazí se řada vizuálních podnětů. Například se ručně ovládaná světelná lišta bude pohybovat sem a tam, aby se zjistila oblast zorného pole, preferovaný směr a rychlost místní populace neuronů. Pokud se hrot nachází v MT, pak tažení světelné tyče správným směrem způsobí, že se rychlost vypalování akčních potenciálů buněk v doslechu prudce zvýší a náhle se zastaví s ukončením pohybu v preferovaném směru. Následné posunování elektrody v intervalech 5 až 15 mikrometrů každých 20 až 30 sekund pomáhá elektrodě proniknout mozkovou hmotou a přiblížit se k jednotlivým neuronům. Je důležité nepostupovat příliš rychle, protože trvá, než se mozek kolem elektrody usadí. Preferované charakteristiky podnětu se opět stanoví, jakmile je nalezen jediný neuron, poté může začít hlavní experimentální úkol.
Mikroelektrody používané pro extracelulární záznam jednotlivých jednotek jsou obvykle velmi jemné dráty vyrobené z wolframu nebo slitiny platiny a irridia, které jsou izolované s výjimkou jejich krajního hrotu, a méně často jsou to skleněné mikropipety naplněné slabým roztokem elektrolytu podobného složení jako extracelulární tekutina. Jemné rozdíly ve tvaru a složení mikroelektrod prospívají různým úlohám. Například použití elektrod s nízkou impedancí (< 1MOhm) je výhodné pro mapování hrubých oblastí šedé a bílé hmoty, protože zachycují více signálu z okolních neuronů, i když na úkor zaměření na aktivitu jednotlivých buněk, pro které se používají mikroelektrody s vyšší impedancí.
KategorieElektrofyziologie