Электрофизиология - одна из ветвей
современной нейронауки, направленная на
изучение механизмов возникновения
электрических эффектов, связанных с поведением и
жизнедеятельностью биологических систем.
Основные электрические понятия и процессы. Cопротивление,
емкость, индуктивность (активные и реактивные);
сила тока и напряжение (постоянные и переменные);
аналоговые и дискретные процессы; частота,
периодические и гармонические сигналы.
Законы Ома и Кирхгофа. Измерения тока,
напряжения и сопротивления. Делители тока и
напряжения.
Дифференциальная и интегрирующая цепочка,
частотный фильтр. Сигналы, артефакты, помехи,
шумы. Усилители электрических сигналов.
Дифференциальный усилитель. Монополярное и
биполярное отведение бипотенциалов.
Амплитудно-частотные и частотно-фазовые
характеристики сигналов. Аналого-цифровой (АЦП) и
цифро-аналоговый (ЦАП) преобразователи сигналов.
Описание методов отведения, регистрации и
анализа электрических сигналов, сопровождающих
реакции обекта на внешние и внутренние
стимулы.Объект-человек, животное, препарат,
нервные клетки, рецепторы.
Схема построения электрофизиологического
эксперимента с участием человека.
Электрофизиология животных (рыба, лягушка,
моллюск) на примере изучения зрительного
анализатора-сетчатка, оптический нерв, тектум.
Исследование нейрона: экстраклеточное и
внутриклеточное отведения от аксона, сомы,
дендрита.
Исследование рецепторов на примере отведения
от фоторецептора. Микро- и макроэлектроды -
устройства для отведения электрических
сигналов, стимуляции током и микроиньекции
нейроактивных веществ. Понятие микроэлектродной
ячейки. Описание устройств для вытяжки
стеклянных микроэлектродов и изготовления
металлических электродов.
Микроманипуляторы - устройства, служащие для
управления движением микроэлектрода в нервной
структуре, фиксации координат его
месторасположения и отведения электрической
активности регистрируемой электродом.
Блок-схема стандартной
электрофизиологической экспериментальной
установки:
1. Камера- помещение для объекта,
удовлетворяющее условиям его жизнедеятельности
и отведения биопотенциалов. В ней размещаются
устройства для искусственного дыхания и приборы
регулировки температуры и параметров
физиологических растворов. Камера обеспечивает
звуко-, свето-, магнитно- и электроизоляцию
объекта исследования.
2. Буферное устройство служит для согласования
электрического сопротивления объекта и
микроэлектрода, а также для разделения
электрических цепей объекта и усиливающей
аппаратуры. Устройство состоит из катодного или
эммитерного повторителя и приборов
телеметрической или оптической связи (оптроны,
фотодиоды, фотосопротивления).
3.Блок регистрации усиливает биопотенциалы до
величин, достаточных для визуального наблюдения
на экране осциллографа или мониторе компьютера и
записи на самописце, графопостроителе,
магнитофоне. Блок может содержать усилитель
постоянного/переменного тока, компьютер,
магнитограф, графопостроитель, перьевой
самопишущий прибор, осциллограф.
4.Блок стимуляции генерирует сигналы, которые
являются внешними стимулами для вызова реакций
(биопотенциалов) объекта и состоит из генератора
импульсов, генератора сигналов (звуковых,
оптических, электрических), счетчика сигналов,
формирователей отметки времени и отметки
стимула.
5.Блок обработки реакций объекта может состоять
из осциллографа с памятью, анализатора
биопроцессов, ЭВМ с устройствами АЦП и ЦАП и
обеспечивает выделение полезного сигнала из
шума, а также используется для накопления,
суммации, усреднения биоэлектрической
активности объекта.
Контрольная задача
Собрать электрофизиологическую установку
и исследовать реакции искусственного глаза
(фотодиод, фототранзистор) на световые вспышки
различной интенсивности.
Контрольные вопросы
- Помехи, артефакты и наводки при регистрации
биопотенциалов.
- Электрические параметры микро- и
макроэлектродов.
- Буферное, согласующее устройство
(предусилитель).
- Электрические параметры усилителя
биопотенциалов (входное сопротивление,
коэффициент усиления, чувствительность,
подавление синфазной помехи, частотная
характеристика).
- Калибровочные сигналы и сигналы отметки
времени и стимула.
- Приборы визуализации биопотенциалов
(осциллограф, монитор, графопостроитель).
- Принципы работы аналого-цифрового
преобразователя.
ЛИТЕРАТУРА
- Буреш Я., Бурешова О., Хьюстон Д.П. Методики и
основные эксперименты по изучению мозга и
поведения. М.: Высш. шк., 1991.С. 45-95.
- Гнетов А.В., Качалов Ю.П., Ноздрачев А.Д.
Стеклянный микроэлектрод. Л.: Наука, 1986. 101с.
- Макаров П.О. Практикум по физиологии и
биофизике органов чувств-анализаторов. М.: Высш.
шк., 1973. 304 с.
- Матюшкин Д.П. Основы электрофизиологии. Л.:
Изд-во Ленингр. ун-та, 1984. 102 с.
- Мещерский Р.М. Методика микроэлектродного
исследования. М.: Медгиз, 1960. 192 с.
- Первис Р. Микроэлектродные методы
внутриклеточной регистрации и ионофореза. М.:
Мир, 1983. 208с.
- Практикум по психофизиологии М.: Изд-во Моск.
ун-та, 1976. 117с.
- Фрейзер П. Микрокомпьютеры в физиологии. М.:
Мир, 1990. 358с.
Программу составил
М.М.Зимачев,
научный сотрудник
