النمذجة الأغشية البيولوجية مع لوحات الدوائر الكهربائية وقياس الاشارات في محاور عصبية : تمارين مختبر طالبة

الهدف العام من هذا الإجراء هو توضيح كيف يمكن فهم الأغشية البيولوجية باستخدام النماذج الكهربائية وإظهار إجراءات تسجيل إمكانات الفعل من الحبل العصبي البطني لجراد البحر. يستخدم هذا العرض التوضيحي أولا مكونات دائرة على لوح التجارب لتمثيل الخواص الكهربائية للأغشية. تتمثل الخطوة الثانية من الإجراء في تغيير المقاومة والسعة على دائرة نموذجية لمعرفة التأثيرات على آثار الجهد.

تتمثل الخطوة الثالثة من الإجراء في تطبيق المفاهيم المستفادة من دائرة نموذجية على إعداد العصب الحي. تتمثل الخطوة الأخيرة من الإجراء في تسجيل إمكانات الفعل المركب وفهم خصائص فترات مقاومة العتبة والانتقال المشبكي. في النهاية ، تظهر النتائج كيف يمكن أن يكون فحص نماذج الدوائر الكهربائية للأغشية البيولوجية وخصائص الأعصاب الحية أدوات تعليمية مفيدة كما هو موضح من خلال تغيير مكونات دائرة نموذجية وتغيير تحفيز العصب الحي.

يمكن أن توفر هذه الطريقة نظرة ثاقبة حول كيفية فهم الأغشية البيولوجية من حيث النماذج الكهربائية. يمكن أيضا تطبيقه على الأنسجة الأخرى مثل العضلات البصرية. يعد عرض هذه الطريقة أمرا بالغ الأهمية حيث أن تشريح الحبل العصبي البطني وإعداد التسجيل قد يكون صعبا في البداية ويجب توخي الحذر لتجنب إتلاف الأعصاب من أجل الحصول على إعداد جيد للتحفيز والتسجيل من الحبل العصبي.

في الجزء الأول من التجربة ، يتم استخدام المقاومات والمكثفات لمحاكاة النشاط الكهربائي لغشاء الخلية العصبية. تحتوي الدائرة الأولية على مقاومات فقط. تتم إضافة المكثفات في خطوة لاحقة.

تمثيل الخصائص المقاومة السلبية للغشاء العصبي من خلال الدائرة الموضحة هنا. تم إعداد اللوح بمقاومات بالتوازي مع 33 كيلو أوم ، تمثل مقاومة الغشاء المستعرض والمقاومات في سلسلة من 10 كيلو أوم تمثل المقاومة داخل الخلايا. تفترض هذه الدائرة أن مقاومة السائل الخارجي لا تكاد تذكر مقارنة بمقاومة الغشاء داخل الخلايا والعرض.

عند اكتمال خلية النموذج الخاصة بك، قم بتوصيل أسلاك الإخراج من مختبر الطاقة بنموذج اللوح التجاري. يولد مختبر الطاقة الحافز ولديه مسبار قياس لتسجيل الجهد. بعد ذلك ، قم بتوصيل مختبر الطاقة بالكمبيوتر.

يستخدم الكمبيوتر لعرض الإشارات الكهربائية المسجلة من اللوح. الخطوة التالية هي إعداد برنامج الكمبيوتر الذي سيتحكم في الحافز الذي يرسله مختبر الطاقة إلى الخلية العصبية النموذجية. افتح برنامج مخطط المختبر من سطح المكتب.

حدد ملفا جديدا، وحدد الإعداد، ثم إعدادات القناة. حدد قناة واحدة ليتم عرضها ، ثم حدد لوحة المحفز. مطلوب نبضات طويلة تبلغ 1.5 فولت.

في هذا الجزء من التجربة ، اضبط السعة على فولت واحد. سيصدر مختبر الطاقة جهدا يتقلب بين 0.5 فولت الموجب والسالب ، مما ينتج عنه ذروة تحفيز توبي يبلغ فولت واحد. اضبط التردد على 0.75 هرتز ومدة النبضة على ثانية واحدة.

بالنسبة لإعدادات القناة ، حدد القناة الأولى للمراقبة ، وانقر فوق مضخم الإدخال وفي المربع ، انقر فوق الزر التفاضلي واضبط النطاق على خمسة مسامير وحدد. حسنًا. الخطوة التالية هي تطبيق إشارة كهربائية على نموذج الخلية العصبية وفحص فقدان الإشارة على طول النموذج. قم بتطبيق جهد في أحد طرفي الدائرة بين A و B بالنقر فوق ابدأ على الكمبيوتر.

قم بقياس الجهد لطول الوحدة الأولى على طول محور المحور المحور النموذجي وراقبه على الكمبيوتر. اترك الرصاص الأحمر لمسبار قياس الجهد ثابتا عند النقطة A على اللوح أثناء تحريك الرصاص الآخر إلى مواقع مختلفة بين المقاومات في سلسلة. لاحظ انخفاض الجهد في المواقع النائية.

الآن توقف عن التسجيل بالضغط على إيقاف على الكمبيوتر. قم بقياس اختلافات الجهد المحفوظ على الآثار المخزنة على الكمبيوتر باستخدام المؤشر لنقل التتبع إلى كل نبضة مسجلة. استخدم مؤشر علامة M الموجود في الزاوية اليسرى السفلية لتحديد الجزء السفلي من التتبع ووضع المؤشر الحر في ذروة التتبع لقياس فرق الجهد.

اقرأ قياس فرق الجهد من الشاشة واكتبه في دفتر ملاحظاتك لكل موقع قياس على طول الدائرة. الخطوة التالية هي حساب ثابت الطول لخلية النموذج ، والذي يستخدم لوصف الاضمحلال الأسي للإشارة عبر المسافة. ارسم كل قيمة لفرق الجهد على رسم بياني لفرق الجهد مقابل المسافة من المصدر حيث تعتبر مقاومات الغشاء وحدة واحدة.

بصرف النظر عن الرسم البياني الخاص بك ، حدد ثابت طول هذه الدائرة. يعرف ثابت طول الألياف العصبية بأنه المسافة التي ينخفض خلالها فرق الجهد عبر الغشاء إلى 37٪ من قيمته الأصلية عند نقطة المنشأ. من أجل محاكاة خصائص الكابلات السلبية للألياف العصبية والعضلية بشكل أفضل ، سيتم توسيع الخلية العصبية النموذجية لتحتوي على مكونات مقاومة وسعوية.

لا يقتصر الأمر على وجود مقاومة للغشاء المستعرض في غشاء الخلية العصبية فحسب ، بل هناك أيضا سعة غشاء سطحي ، مما يشوه إشارة الخلية العصبية. لمحاكاة ذلك ، قم بإرفاق 10 مكثفات صغيرة بالتوازي مع الغشاء المستعرض. المقاومات على اللوح على الكمبيوتر.

اضبط المحفز على استخدام ثانية واحدة ، فولت واحد ، وهو إعداد سعة 0.5 فولت ونبضات 0.75 هرتز. أيضا في الجانب الأيمن العلوي من اللوحة ، اضبط معدل الاستحواذ على 20 كلفن في الثانية. انقر بعد ذلك على القناة الأولى على الجانب الأيمن من الشاشة.

انقر فوق مضخم الإدخال في المربع. انقر فوق الزر التفاضلي واضبط النطاق على خمسة مسامير. انقر فوق موافق.

لحفظ هذه التغييرات، انقر فوق البدء لبدء جمع البيانات. قم بقياس البيانات في نفس النقاط على طول اللوح. بعد جمع البيانات ، استخدم نافذة التكبير / التصغير لتوسيع وقت الارتفاع على إحدى النبضات المربعة.

كرر التكبير حسب الحاجة لنشر التتبع. قم بقياس الوقت الذي تستغرقه الإشارة للارتفاع من خط الأساس إلى أعلى تتبع الجهد. تماما كما هو مستوى.

راقب المسار الزمني للتغيير المحتمل وتشويه النبضات المربعة. لاحظ أيضا أنه إذا كان الجهد المقاس أعلى من 0.2 فولت باستخدام المؤشر M والمؤشر الحر كما كان من قبل ، فاقرأ التغيير في الجهد وسجل البيانات في دفتر ملاحظاتك ، بافتراض أن جهد العتبة هو 0.2 فولت. قم بقياس الوقت المستغرق لإمكانية الوصول إلى العتبة عند كل مقاومة غشائية.

ارسم نتائجك حيث يؤدي الوقت مقابل المسافة وزيادة سمك غمد المايلين إلى انخفاض سعة الغشاء. قم بمحاكاة ذلك عن طريق استبدال 10 مكثفات صغيرة على اللوح بمكثفات صغيرة 0.1 دقيقة. كرر التجربة السابقة.

لاحظ التغيير في الوقت للوصول إلى العتبة عند المقاوم المحدد. تراكب البيانات مع المكثفات الأكبر على الرسم البياني السابق للوقت مقابل المسافة. تسمح زيادة سمك غمد المايلين للإشارات الكهربائية بالارتفاع والانخفاض بسرعة أكبر في الخلية العصبية وبالتالي زيادة سرعة التوصيل.

في الجزء التالي من التجربة ، سيتم فحص الخصائص الكهروكيميائية للمحاور في الحبل العصبي البطني لجراد البحر. لوحظت أيضا خصائص انتشار التيار السلبي المعروضة في الدوائر النموذجية في الاستعدادات الحية. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى جهد فعل كلما احتاجت إشارة إلى إرسالها على مسافة بضعة ملليمترات لأن الخصائص الكهربائية السلبية للخلايا ستخفف الإشارات عبر هذه المسافة.

عندما تنتقل الإشارات على طول الحبل العصبي البطني لجراد البحر بسرعات توصيل مختلفة ، سيتم ملاحظة أسرعها أولا وسيتم ملاحظة الأبطأ بعد ذلك بقليل. سيتم تلخيص بعض الإشارات في التسجيل اعتمادا على عدد المحاور ذات سرعات التوصيل المماثلة. يشار إلى هذه الإشارة الكهربائية المجمعة من المحاور المتعددة باسم جهد الفعل المركب.

تركز السلسلة التالية من التجارب على تسجيل إمكانات العمل المركبة من أعصاب جراد البحر للحصول على الحبل العصبي البطني لجراد البحر. أولا ، قم بإعداد أدوات تشريح أطباق الأعصاب والمحاليل الملحية. ضع جراد البحر على الثلج لمدة خمس دقائق لتخديره.

بمجرد تخديره ، لف جراد البحر بمنشفة ورقية مبللة وامسك جراد البحر بيد واحدة بمخالبه بين الإبهام والسبابة. باستخدام اليد الأخرى ، قم بعمل شق بالمقص من خلال المنصة بين تجاويف العين. قطع لأسفل من الشق حتى يتم قطع الرأس تماما.

قم بإزالة المخالب وأرجل المشي. قم بعمل شق في قاعدة الثاكس الرأسي فوق البطن وافصل الثاكس الرأسي. قم بإزالة الذيل وأدوات السباحة.

قم بعمل قطع على جانبي الجانب البطني من البطن. احرص على عدم إتلاف الأنسجة العميقة. انزع الجزء المحرر من الهيكل الخارجي إلى قاعدة مروحة الذيل لفضح الحبل العصبي البطني.

باستخدام حافة الملقط ، قم بإزالة الحبل العصبي البطني بعناية من الحافة. احرص على عدم تمديد سحق الحبل العصبي. أي عقيدات لوحظت على الحبل العصبي هي عقد جراد البحر.

ضع الحبل العصبي عبر القضبان المعدنية في الغرفة العصبية. من الضروري الحفاظ على رطوبة الحبل العصبي البطني. لتحقيق ذلك ، أضف ما يكفي من محلول ملحي من جراد البحر إلى غرفة الأعصاب للوصول إلى المستوى حتى مع العارضة المعدنية.

بعد ذلك ، قم بإخراج ما يكفي من محلول جراد البحر الملحي بحيث يتلامس مستوى السائل مع قاع القضبان. بمجرد وضع الحبل العصبي في مكانه ، قم بتوصيل كابل المحفز بالخطاف الصغير المؤدي إلى حجرة الأعصاب. قم بتوصيل الرصاص الأحمر الموجب بإحدى الحلقات المعدنية الخارجية بالقرب من نهاية الحبل العصبي وقم بتوصيل الرصاص الأسود السالب بالحلقة المعدنية المجاورة التي تتلامس أيضا مع الحبل العصبي.

استخدم المعالج لوضع قطب الشفط بالقرب من نهاية العصب المعاكس للخيوط السلبية والموجبة. قم بشفط طرف الحبل العصبي البطني بعناية في قطب التسجيل. قم بتوصيل القطب الكهربائي بمسبار مرحلة الرأس عن طريق توصيل سلك واحد من قطب الشفط بالإدخال الموجب للمسبار والسلك الآخر بالإدخال السالب.

لا يهم السلك الذي يذهب إلى أي مدخل. يمكن تأريض المسبار في قفص فاراداي أو الحمام الملحي باستخدام سلك كلوريد فضي ، أو توصيله بمدخلات الأرض على مكبر الصوت التفاضلي لتقليل ضوضاء 60 هرتز المحتملة. قم بتوصيل المسبار بمكبر الصوت التفاضلي وقم بتوصيل مكبر الصوت بمختبر الطاقة.

تحقق من أن إعدادات مكبر الصوت RS الموضحة في الجدول في المقالة المصاحبة. استخدم كبل USB لتوصيل معمل الطاقة بالكمبيوتر. افتح برنامج النطاق على سطح مكتب الكمبيوتر في أعلى يمين الشاشة.

حدد القناة الثانية وقم بإيقاف تشغيلها. اضبط الشاشة بحيث تظهر القناة الأولى فقط عن طريق سحب الشريط الموجود في المنتصف إلى أسفل الشاشة. تحقق من مضخم الإدخال بالإعدادات الواردة في الورقة المصاحبة.

ثم ضمن الإعداد في الجزء العلوي من الشاشة ، حدد المحفز وقم بإيقاف تشغيل الجذع المعزول واضبط التأخير على خمسة مللي ثانية ، والمدة إلى مللي ثانية واحدة ، ونبضتين ، وفاصل زمني 15 مللي ثانية ، ونطاق خمسة فولت وسعة 0.5 فولت. لبدء تحفيز الحبل العصبي البطني، انقر فوق زر البدء في الجزء السفلي الأيسر من الشاشة. يجب أن تظهر إمكانية عمل محددة بوضوح في مربع جمع بيانات النطاق.

ارسم الشكل العام لإمكانات الإجراء في دفتر ملاحظاتك. قم بتقليل الجهد ببطء باستخدام علامة التبويب الموجودة أعلى يسار الشاشة. يجب أن تصبح إمكانات الفعل أصغر في الحجم حتى يختفي نمط الموجة المميز.

تقليل الجهد من عدد الخلايا العصبية التي يتم تجنيدها للمساهمة في إمكانات العمل المركب لعكس التأثير بشكل تدريجي زيادة الجهد. مع تجنيد المزيد من الخلايا العصبية ، تنمو الموجة المحتملة للفعل المركب بشكل أكبر. يوضح هذا التمرين حقيقة أن الخلايا العصبية الفردية لها عتبات مختلفة يتم عندها استنباط إمكانات عملها.

عندما لا تؤدي الزيادة الإضافية في الجهد المحفز إلى زيادة العمل المركب ، فقد تم تجنيد جميع الخلايا العصبية ويجب أن تكون قمتان متميزتان في موجة جهد الفعل مرئية على شاشة الكمبيوتر. يفحص الجزء التالي من التجربة فترة مقاومة المحاور. قم بتغيير التأخير بين النبضات باستخدام علامة التبويب الموجودة في الزاوية العلوية اليسرى من الشاشة.

استمر في تقصير التأخير حتى لا يمكن استنباط جهد الفعل المركب الثاني. تعرف فترة المقاومة المطلقة بأنها التأخير الزمني بين النبضات التي لم يعد فيها جهد الفعل الثاني. يتم تعريف فترة المقاومة النسبية على أنها الوقت من نهاية فترة المقاومة المطلقة إلى الوقت الذي يؤدي فيه إعطاء حافز ثان إلى جهد فعل ثان كامل السعة.

يمكنك الآن التحقيق في خصائص مثبط تقاطع الفجوة مثل الإيثانول السباعي. يمكن مقارنة الاختلافات في جهد الفعل المركب لنفس إعدادات التحفيز لتحديد الإشارات التي يتم إجراؤها عبر تقاطعات الفجوة على طول الحبل العصبي البطني. يمكنك أيضا استخدام محلول ملحي بارد أو محلول ملحي دافئ وقياس الاختلافات في سرعات التوصيل للكيانات المختلفة التي تشكل إمكانات الفعل المركب.

يظهر هنا إمكانات عمل مركبة مسجلة من الحبل العصبي البطني لجراد البحر. يوضح هذا الشكل فترة المقاومة النسبية وهي الوقت الذي يلي جهد الفعل المركب الكامل عندما يثير الحافز الثاني إمكانات عمل مركب أصغر. يوضح هذا الشكل تأثيرات استخدام الإيثانول السباعي على إمكانات العمل المركب باتباع هذا الإجراء.

قد تتنوع مكونات دائرة الغشاء البيولوجي من أجل الإجابة على أسئلة إضافية مثل تأثير الكثافة المتغيرة لقنوات التسرب في الغشاء أو وظيفة قنوات الجهد المسورة بعد تطورها. تمهد هذه التقنيات والإجراءات الطريق للباحثين في مجال علم وظائف الأعضاء لاستكشاف كيفية عمل الخلايا كدوائر كهربائية وكيف تعمل تقاطعات الفجوة في الأنسجة الحية في.