Nörofizyolojiye Giriş
Nörofizyoloji alanı, sinir sisteminin nasıl çalıştığı ve işlev bozukluğunun nasıl hastalığa yol açabileceği hakkında fikir verir. Fizyoloji, organizmaların ve parçalarının nasıl işlediğinin incelenmesidir. Nörofizyoloji, beyin, omurilik, periferik sinirler ve duyu organlarını içeren sinir sisteminin işleyişinin incelenmesi olarak tanımlanabilir.
Nörofizyologlar sinir sistemine, fonksiyonel sistemleri, devreleri, tek nöronları ve nöronal bölmeleri içeren çoklu organizasyon seviyelerinde yaklaşırlar.
Bu video, nörofizyolojinin kısa bir tarihçesini sunmakta, nörofizyologlar tarafından sorulan temel soruları tanıtmakta, öne çıkan bazı yöntemleri açıklamakta ve son olarak bu alanın uygulamalarını tartışmaktadır.
Nörofizyoloji tarihindeki bazı dönüm noktası niteliğindeki çalışmaları gözden geçirerek başlayalım.
Sinir sisteminin özellikleri, Mısırlıların beyinden bahseden hayatta kalan en eski metni hazırladıkları en az MÖ 1600'den beri insanlığı büyüledi.
Modern çağa atlayarak, 1771'de Luigi Galvani, bir elektrik şokunun ölü bir kurbağa kasının seğirmesine neden olabileceğini gösterdi. Bu etkinin 'hayvan elektriğinden' kaynaklandığını iddia etti.
1840'lara kadar Emil Du Bois-Reymond, hayvan elektriğinin aslında bir sinir uyarısı veya "aksiyon potansiyeli" olduğunu kanıtlayamadı.
1924'e geçersek, Hans Berger, günümüz nörofizyologları tarafından hala yaygın olarak kullanılan bir teknik olan elektroensefalografi veya EEG ile insanlarda küresel beyin aktivitesinin elektriksel doğasını kaydetti.
Daha sonra, 1939'da Alan Hodgkin ve Andrew Huxley, nöron hücre zarlarının, yüklü parçacıkların kalamar devi aksonunda öngörülebilir bir şekilde içeri ve dışarı akmasına izin verdiğini belirledi.
1951'de Sir John Eccles, bilginin bir nörondan diğerine iletildiği kritik bir yol buldu. Bir nörondan gelen elektrik sinyalinin, ikinci bir nöron tarafından alınan kimyasal bir sinyale dönüştürüldüğü kimyasal sinapsı tanımladı.
Daha sonra, 1976'da Erwin Neher ve Bert Sakmann, uyarılabilir hücrelerin zarlarını zarif ayrıntılarla incelemek için bir yol sağlayan yama kelepçesi tekniğini geliştirdiler.
Daha yakın bir zamanda, 2005 yılında, Karl Diesseroth, Ed Boyden ve Feng Zhang, nöronların elektriksel özelliklerini, "opsinler" adı verilen bir protein ailesine ait ışığa duyarlı kanalları ifade etmek için genetik olarak mühendislik yaparak kontrol etmek için optogenetik adı verilen devrim niteliğinde bir strateji geliştirdiler. Bu kanalları hedeflenen ışıkla aktive ederek, belirli nöronlar daha önce mümkün olmayan bir hassasiyetle uyarılabilir veya inhibe edilebilir, bu da nöronal devrelerin ayrıntılı manipülasyonuna izin verir.
Artık tarihsel olayları gözden geçirdiğimize göre, bugün nörofizyologlar tarafından sorulan bazı temel soruları inceleyelim.
Başlangıç olarak, bazı araştırmacılar bireysel nöronların hücresel ve moleküler düzeydeki işlevlerinin nasıl düzenlendiğine odaklanmaktadır.
Örneğin, dendritler üzerindeki spesifik reseptörlerin post sinaptik tepkiye nasıl katkıda bulunduğunu inceleyebilirler, bu da bir aksiyon potansiyeline yol açabilir. Ayrıca sinapsta uyarma-salgı eşleşmesini de araştırabilirler, bu da nöronal uyarma ve presinaptik makinelerin nörotransmiterlerin salınımını nasıl etkilediğiyle ilgilendikleri anlamına gelir.
Diğer nörofizyologlar, nöronların dendritik direklerinde alınan bilgileri nasıl işlediğini soruyorlar. Tek bir nöronun aksonunu, dendritlerini ve dendritik dikenlerini aynı anda araştırmak için birden fazla teknik kullanabilirler.
Diğer nörofizyologlar, nöronal devrelerin bilgiyi nasıl işlediğini inceler. Devreler genellikle kontrol ettikleri düşünülen basit bir davranış veya uyaran tepkisi bağlamında incelenir.
Bazı nörofizyologlar, sinir sisteminin geniş bölgeleri üzerindeki aktivite modellerine bakarlar. Sarı ve kırmızı ile gösterilen beyin aktivitesinin, deneğin ne yaptığına bağlı olarak beyin bölgeleri arasında nasıl hareket ettiğini sorabilirler.
Gördüğünüz gibi, bir nörofizyolog, nöronlardaki tek moleküllerden beyindeki yaygın aktiviteye kadar bir dizi bilimsel soruyu ele alabilir.
Artık nörofizyologlar tarafından sorulan bazı temel sorular hakkında bir fikriniz olduğuna göre, bunları cevaplamak için kullanılan öne çıkan yöntemlerden bazılarına bakalım.
Yama klempleme, nöronları hücre ve moleküler düzeyde araştırmak için en yaygın kullanılan tekniklerden biridir. Biraz emme kullanılarak, ince bir cam kılcal elektrot nöron üzerine kapatılır ve tüm hücre uyarılabilirliğinin dahili olarak izlenmesine izin verilir. Ayrıca, hücreden küçük bir zar yamasının eksize edildiği ve böylece farmakolojik manipülasyon için plazma zarının sitoplazmik tarafına erişim sağlayan yama kelepçesi konfigürasyonları da vardır.
Kalsiyum görüntüleme, tüm nöron üzerindeki uyarımı araştırmak için kullanılabilir. Nöronlar, hücre içindeki yüksek kalsiyum konsantrasyonuna yanıt olarak floresansını değiştiren bir boya ile yüklenir. Hücre içi kalsiyumun birçok işlevi olsa da, kalsiyum görüntüleme, bu örnek nöronda gösterildiği gibi aksiyon potansiyellerinin dolaylı bir ölçüsü olarak kullanılabilir.
Nöral devreleri incelemek için kullanılan tekniklerin aynı anda birçok nöronu izleyebilmesi gerekir. Çok sayıda kontaklı çok elektrotlu dizilerin kullanılması, aynı anda birden fazla nörondan kayıt yapmak için kullanılan bir yöntemdir.
Nöral devreler, nöronların ışığa duyarlı iyon kanallarını ifade etmek için modifiye edildiği optogenetik kullanılarak da araştırılabilir. Işığa maruz kaldıklarında, bu kanallar açılır ve iyon seçiciliklerine bağlı olarak, nöronu inhibe edebilir veya uyarabilirler, bu da nöronun belirli bir devrede oynadığı rol ve bu devre tarafından yönetilen davranışsal tepki hakkında fikir verir.
Aktivite kalıplarını daha geniş bir ölçekte görselleştirmek için çeşitli teknikler kullanılır. Elektroensefalografi veya EEG, tüm beyindeki elektriksel aktiviteyi izlemek için kafatasındaki elektrotları kullanır.
İkinci bir yöntem, elektrotların beynin yüzeyine yerleştirilmesi dışında elektriksel aktiviteyi de izleyen elektrokortikografi veya ECoG'dir. Bu yöntem tipik olarak epilepsi hastalarında yapılanlar gibi bir klinik prosedürle birlikte gerçekleştirilir. Alternatif olarak, fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopisi olarak bilinen bir teknik, davranışsal görevler sırasında izlenebilen nöral aktivitenin bir korelasyonu olarak oksijen kullanımını izlemek için kızılötesi ışık kullanır.
Artık bazı yaygın araştırma yaklaşımlarına aşina olduğunuza göre, nörofizyolojik araştırmaların bazı uygulamalarına bakalım.
Bu alanın en önemli hedeflerinden biri, epilepside olduğu gibi sinir sistemi işlev bozukluğunun nedenini ve tedavisini bulmaktır. Bir yaklaşım, beynin nöbete neden olan işlevsiz bölgelerini lokalize etmek için hasta beyin aktivitesinin elektrokortikografik kayıtları için elektrotlar implante etmektir.
Nörofizyoloji için heyecan verici yeni bir uygulama, beyin-makine arayüzlerinin geliştirilmesidir. Bu arayüzlerde, denek bir imleci ekranda hareket ettirmek gibi bir görevi yapmayı düşünürken beyin aktivitesi izlenir. Etkinlik, imleç için komut sinyali olarak bilgisayara beslenir. Özünde, bu düşünceyi kullanarak cihaz kontrolüdür.
Nörofizyolojinin bir başka uygulaması, optogenetik kullanılarak nöral devrelerin araştırılmasıdır. Bu araştırmacılar, genetik olarak tasarlanmış bir farenin beynine implante edilmiş bir kuplöre bağlanan bir fiber optik kordonu bir araya getirerek, tanımlanmış nöral devreleri uyarmanın davranışsal sonucunu doğrudan görselleştirebilirler.
JoVE'nin nörofizyolojiye girişini ve sinir sistemi üzerine çalışmasını izlediniz. Tarihsel önemli noktaları, nörofizyologlar tarafından sorulan temel soruları ve kullandıkları bazı teknikleri gözden geçirdik.
İzlediğiniz için teşekkürler!
Nörofizyoloji genel olarak sinir sistemi fonksiyonunun incelenmesi olarak tanımlanır. Bu alanda bilim adamları, merkezi ve periferik sinir sistemlerin…
Nörofizyoloji alanı, sinir sisteminin nasıl çalıştığı ve işlev bozukluğunun nasıl hastalığa yol açabileceği hakkında fikir verir. Fizyoloji, organizmaların ve parçalarının nasıl işlediğinin incelenmesidir. Nörofizyoloji, beyin, omurilik, periferik sinirler ve duyu organlarını içeren sinir sisteminin işleyişinin incelenmesi olarak tanımlanabilir.
Nörofizyologlar sinir sistemine, fonksiyonel sistemleri, devreleri, tek nöronları ve nöronal bölmeleri içeren çoklu organizasyon seviyelerinde yaklaşırlar.
Bu video, nörofizyolojinin kısa bir tarihçesini sunmakta, nörofizyologlar tarafından sorulan temel soruları tanıtmakta, öne çıkan bazı yöntemleri açıklamakta ve son olarak bu alanın uygulamalarını tartışmaktadır.
Nörofizyoloji tarihindeki bazı dönüm noktası niteliğindeki çalışmaları gözden geçirerek başlayalım.
Sinir sisteminin özellikleri, Mısırlıların beyinden bahseden hayatta kalan en eski metni hazırladıkları en az MÖ 1600'den beri insanlığı büyüledi.
Modern çağa atlayarak, 1771'de Luigi Galvani, bir elektrik şokunun ölü bir kurbağa kasının seğirmesine neden olabileceğini gösterdi. Bu etkinin 'hayvan elektriğinden' kaynaklandığını iddia etti.
1840'lara kadar Emil Du Bois-Reymond, hayvan elektriğinin aslında bir sinir uyarısı veya "aksiyon potansiyeli" olduğunu kanıtlayamadı.
1924'e geçersek, Hans Berger, günümüz nörofizyologları tarafından hala yaygın olarak kullanılan bir teknik olan elektroensefalografi veya EEG ile insanlarda küresel beyin aktivitesinin elektriksel doğasını kaydetti.
Daha sonra, 1939'da Alan Hodgkin ve Andrew Huxley, nöron hücre zarlarının, yüklü parçacıkların kalamar devi aksonunda öngörülebilir bir şekilde içeri ve dışarı akmasına izin verdiğini belirledi.
1951'de Sir John Eccles, bilginin bir nörondan diğerine iletildiği kritik bir yol buldu. Bir nörondan gelen elektrik sinyalinin, ikinci bir nöron tarafından alınan kimyasal bir sinyale dönüştürüldüğü kimyasal sinapsı tanımladı.
Daha sonra, 1976'da Erwin Neher ve Bert Sakmann, uyarılabilir hücrelerin zarlarını zarif ayrıntılarla incelemek için bir yol sağlayan yama kelepçesi tekniğini geliştirdiler.
Daha yakın bir zamanda, 2005 yılında, Karl Diesseroth, Ed Boyden ve Feng Zhang, nöronların elektriksel özelliklerini, "opsinler" adı verilen bir protein ailesine ait ışığa duyarlı kanalları ifade etmek için genetik olarak mühendislik yaparak kontrol etmek için optogenetik adı verilen devrim niteliğinde bir strateji geliştirdiler. Bu kanalları hedeflenen ışıkla aktive ederek, belirli nöronlar daha önce mümkün olmayan bir hassasiyetle uyarılabilir veya inhibe edilebilir, bu da nöronal devrelerin ayrıntılı manipülasyonuna izin verir.
Artık tarihsel olayları gözden geçirdiğimize göre, bugün nörofizyologlar tarafından sorulan bazı temel soruları inceleyelim.
Başlangıç olarak, bazı araştırmacılar bireysel nöronların hücresel ve moleküler düzeydeki işlevlerinin nasıl düzenlendiğine odaklanmaktadır.
Örneğin, dendritler üzerindeki spesifik reseptörlerin post sinaptik tepkiye nasıl katkıda bulunduğunu inceleyebilirler, bu da bir aksiyon potansiyeline yol açabilir. Ayrıca sinapsta uyarma-salgı eşleşmesini de araştırabilirler, bu da nöronal uyarma ve presinaptik makinelerin nörotransmiterlerin salınımını nasıl etkilediğiyle ilgilendikleri anlamına gelir.
Diğer nörofizyologlar, nöronların dendritik direklerinde alınan bilgileri nasıl işlediğini soruyorlar. Tek bir nöronun aksonunu, dendritlerini ve dendritik dikenlerini aynı anda araştırmak için birden fazla teknik kullanabilirler.
Diğer nörofizyologlar, nöronal devrelerin bilgiyi nasıl işlediğini inceler. Devreler genellikle kontrol ettikleri düşünülen basit bir davranış veya uyaran tepkisi bağlamında incelenir.
Bazı nörofizyologlar, sinir sisteminin geniş bölgeleri üzerindeki aktivite modellerine bakarlar. Sarı ve kırmızı ile gösterilen beyin aktivitesinin, deneğin ne yaptığına bağlı olarak beyin bölgeleri arasında nasıl hareket ettiğini sorabilirler.
Gördüğünüz gibi, bir nörofizyolog, nöronlardaki tek moleküllerden beyindeki yaygın aktiviteye kadar bir dizi bilimsel soruyu ele alabilir.
Artık nörofizyologlar tarafından sorulan bazı temel sorular hakkında bir fikriniz olduğuna göre, bunları cevaplamak için kullanılan öne çıkan yöntemlerden bazılarına bakalım.
Yama klempleme, nöronları hücre ve moleküler düzeyde araştırmak için en yaygın kullanılan tekniklerden biridir. Biraz emme kullanılarak, ince bir cam kılcal elektrot nöron üzerine kapatılır ve tüm hücre uyarılabilirliğinin dahili olarak izlenmesine izin verilir. Ayrıca, hücreden küçük bir zar yamasının eksize edildiği ve böylece farmakolojik manipülasyon için plazma zarının sitoplazmik tarafına erişim sağlayan yama kelepçesi konfigürasyonları da vardır.
Kalsiyum görüntüleme, tüm nöron üzerindeki uyarımı araştırmak için kullanılabilir. Nöronlar, hücre içindeki yüksek kalsiyum konsantrasyonuna yanıt olarak floresansını değiştiren bir boya ile yüklenir. Hücre içi kalsiyumun birçok işlevi olsa da, kalsiyum görüntüleme, bu örnek nöronda gösterildiği gibi aksiyon potansiyellerinin dolaylı bir ölçüsü olarak kullanılabilir.
Nöral devreleri incelemek için kullanılan tekniklerin aynı anda birçok nöronu izleyebilmesi gerekir. Çok sayıda kontaklı çok elektrotlu dizilerin kullanılması, aynı anda birden fazla nörondan kayıt yapmak için kullanılan bir yöntemdir.
Nöral devreler, nöronların ışığa duyarlı iyon kanallarını ifade etmek için modifiye edildiği optogenetik kullanılarak da araştırılabilir. Işığa maruz kaldıklarında, bu kanallar açılır ve iyon seçiciliklerine bağlı olarak, nöronu inhibe edebilir veya uyarabilirler, bu da nöronun belirli bir devrede oynadığı rol ve bu devre tarafından yönetilen davranışsal tepki hakkında fikir verir.
Aktivite kalıplarını daha geniş bir ölçekte görselleştirmek için çeşitli teknikler kullanılır. Elektroensefalografi veya EEG, tüm beyindeki elektriksel aktiviteyi izlemek için kafatasındaki elektrotları kullanır.
İkinci bir yöntem, elektrotların beynin yüzeyine yerleştirilmesi dışında elektriksel aktiviteyi de izleyen elektrokortikografi veya ECoG'dir. Bu yöntem tipik olarak epilepsi hastalarında yapılanlar gibi bir klinik prosedürle birlikte gerçekleştirilir. Alternatif olarak, fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopisi olarak bilinen bir teknik, davranışsal görevler sırasında izlenebilen nöral aktivitenin bir korelasyonu olarak oksijen kullanımını izlemek için kızılötesi ışık kullanır.
Artık bazı yaygın araştırma yaklaşımlarına aşina olduğunuza göre, nörofizyolojik araştırmaların bazı uygulamalarına bakalım.
Bu alanın en önemli hedeflerinden biri, epilepside olduğu gibi sinir sistemi işlev bozukluğunun nedenini ve tedavisini bulmaktır. Bir yaklaşım, beynin nöbete neden olan işlevsiz bölgelerini lokalize etmek için hasta beyin aktivitesinin elektrokortikografik kayıtları için elektrotlar implante etmektir.
Nörofizyoloji için heyecan verici yeni bir uygulama, beyin-makine arayüzlerinin geliştirilmesidir. Bu arayüzlerde, denek bir imleci ekranda hareket ettirmek gibi bir görevi yapmayı düşünürken beyin aktivitesi izlenir. Etkinlik, imleç için komut sinyali olarak bilgisayara beslenir. Özünde, bu düşünceyi kullanarak cihaz kontrolüdür.
Nörofizyolojinin bir başka uygulaması, optogenetik kullanılarak nöral devrelerin araştırılmasıdır. Bu araştırmacılar, genetik olarak tasarlanmış bir farenin beynine implante edilmiş bir kuplöre bağlanan bir fiber optik kordonu bir araya getirerek, tanımlanmış nöral devreleri uyarmanın davranışsal sonucunu doğrudan görselleştirebilirler.
JoVE'nin nörofizyolojiye girişini ve sinir sistemi üzerine çalışmasını izlediniz. Tarihsel önemli noktaları, nörofizyologlar tarafından sorulan temel soruları ve kullandıkları bazı teknikleri gözden geçirdik.
İzlediğiniz için teşekkürler!
Nörofizyoloji alanı, sinir sisteminin nasıl çalıştığı ve işlev bozukluğunun nasıl hastalığa yol açabileceği hakkında fikir verir. Fizyoloji, organizmaların ve parçalarının nasıl işlediğinin incelenmesidir. Nörofizyoloji, beyin, omurilik, periferik sinirler ve duyu organlarını içeren sinir sisteminin işleyişinin incelenmesi olarak tanımlanabilir.
Nörofizyologlar sinir sistemine, fonksiyonel sistemleri, devreleri, tek nöronları ve nöronal bölmeleri içeren çoklu organizasyon seviyelerinde yaklaşırlar.
Bu video, nörofizyolojinin kısa bir tarihçesini sunmakta, nörofizyologlar tarafından sorulan temel soruları tanıtmakta, öne çıkan bazı yöntemleri açıklamakta ve son olarak bu alanın uygulamalarını tartışmaktadır.
Nörofizyoloji tarihindeki bazı dönüm noktası niteliğindeki çalışmaları gözden geçirerek başlayalım.
Sinir sisteminin özellikleri, Mısırlıların beyinden bahseden hayatta kalan en eski metni hazırladıkları en az MÖ 1600'den beri insanlığı büyüledi.
Modern çağa atlayarak, 1771'de Luigi Galvani, bir elektrik şokunun ölü bir kurbağa kasının seğirmesine neden olabileceğini gösterdi. Bu etkinin 'hayvan elektriğinden' kaynaklandığını iddia etti.
1840'lara kadar Emil Du Bois-Reymond, hayvan elektriğinin aslında bir sinir uyarısı veya "aksiyon potansiyeli" olduğunu kanıtlayamadı.
1924'e geçersek, Hans Berger, günümüz nörofizyologları tarafından hala yaygın olarak kullanılan bir teknik olan elektroensefalografi veya EEG ile insanlarda küresel beyin aktivitesinin elektriksel doğasını kaydetti.
Daha sonra, 1939'da Alan Hodgkin ve Andrew Huxley, nöron hücre zarlarının, yüklü parçacıkların kalamar devi aksonunda öngörülebilir bir şekilde içeri ve dışarı akmasına izin verdiğini belirledi.
1951'de Sir John Eccles, bilginin bir nörondan diğerine iletildiği kritik bir yol buldu. Bir nörondan gelen elektrik sinyalinin, ikinci bir nöron tarafından alınan kimyasal bir sinyale dönüştürüldüğü kimyasal sinapsı tanımladı.
Daha sonra, 1976'da Erwin Neher ve Bert Sakmann, uyarılabilir hücrelerin zarlarını zarif ayrıntılarla incelemek için bir yol sağlayan yama kelepçesi tekniğini geliştirdiler.
Daha yakın bir zamanda, 2005 yılında, Karl Diesseroth, Ed Boyden ve Feng Zhang, nöronların elektriksel özelliklerini, "opsinler" adı verilen bir protein ailesine ait ışığa duyarlı kanalları ifade etmek için genetik olarak mühendislik yaparak kontrol etmek için optogenetik adı verilen devrim niteliğinde bir strateji geliştirdiler. Bu kanalları hedeflenen ışıkla aktive ederek, belirli nöronlar daha önce mümkün olmayan bir hassasiyetle uyarılabilir veya inhibe edilebilir, bu da nöronal devrelerin ayrıntılı manipülasyonuna izin verir.
Artık tarihsel olayları gözden geçirdiğimize göre, bugün nörofizyologlar tarafından sorulan bazı temel soruları inceleyelim.
Başlangıç olarak, bazı araştırmacılar bireysel nöronların hücresel ve moleküler düzeydeki işlevlerinin nasıl düzenlendiğine odaklanmaktadır.
Örneğin, dendritler üzerindeki spesifik reseptörlerin post sinaptik tepkiye nasıl katkıda bulunduğunu inceleyebilirler, bu da bir aksiyon potansiyeline yol açabilir. Ayrıca sinapsta uyarma-salgı eşleşmesini de araştırabilirler, bu da nöronal uyarma ve presinaptik makinelerin nörotransmiterlerin salınımını nasıl etkilediğiyle ilgilendikleri anlamına gelir.
Diğer nörofizyologlar, nöronların dendritik direklerinde alınan bilgileri nasıl işlediğini soruyorlar. Tek bir nöronun aksonunu, dendritlerini ve dendritik dikenlerini aynı anda araştırmak için birden fazla teknik kullanabilirler.
Diğer nörofizyologlar, nöronal devrelerin bilgiyi nasıl işlediğini inceler. Devreler genellikle kontrol ettikleri düşünülen basit bir davranış veya uyaran tepkisi bağlamında incelenir.
Bazı nörofizyologlar, sinir sisteminin geniş bölgeleri üzerindeki aktivite modellerine bakarlar. Sarı ve kırmızı ile gösterilen beyin aktivitesinin, deneğin ne yaptığına bağlı olarak beyin bölgeleri arasında nasıl hareket ettiğini sorabilirler.
Gördüğünüz gibi, bir nörofizyolog, nöronlardaki tek moleküllerden beyindeki yaygın aktiviteye kadar bir dizi bilimsel soruyu ele alabilir.
Artık nörofizyologlar tarafından sorulan bazı temel sorular hakkında bir fikriniz olduğuna göre, bunları cevaplamak için kullanılan öne çıkan yöntemlerden bazılarına bakalım.
Yama klempleme, nöronları hücre ve moleküler düzeyde araştırmak için en yaygın kullanılan tekniklerden biridir. Biraz emme kullanılarak, ince bir cam kılcal elektrot nöron üzerine kapatılır ve tüm hücre uyarılabilirliğinin dahili olarak izlenmesine izin verilir. Ayrıca, hücreden küçük bir zar yamasının eksize edildiği ve böylece farmakolojik manipülasyon için plazma zarının sitoplazmik tarafına erişim sağlayan yama kelepçesi konfigürasyonları da vardır.
Kalsiyum görüntüleme, tüm nöron üzerindeki uyarımı araştırmak için kullanılabilir. Nöronlar, hücre içindeki yüksek kalsiyum konsantrasyonuna yanıt olarak floresansını değiştiren bir boya ile yüklenir. Hücre içi kalsiyumun birçok işlevi olsa da, kalsiyum görüntüleme, bu örnek nöronda gösterildiği gibi aksiyon potansiyellerinin dolaylı bir ölçüsü olarak kullanılabilir.
Nöral devreleri incelemek için kullanılan tekniklerin aynı anda birçok nöronu izleyebilmesi gerekir. Çok sayıda kontaklı çok elektrotlu dizilerin kullanılması, aynı anda birden fazla nörondan kayıt yapmak için kullanılan bir yöntemdir.
Nöral devreler, nöronların ışığa duyarlı iyon kanallarını ifade etmek için modifiye edildiği optogenetik kullanılarak da araştırılabilir. Işığa maruz kaldıklarında, bu kanallar açılır ve iyon seçiciliklerine bağlı olarak, nöronu inhibe edebilir veya uyarabilirler, bu da nöronun belirli bir devrede oynadığı rol ve bu devre tarafından yönetilen davranışsal tepki hakkında fikir verir.
Aktivite kalıplarını daha geniş bir ölçekte görselleştirmek için çeşitli teknikler kullanılır. Elektroensefalografi veya EEG, tüm beyindeki elektriksel aktiviteyi izlemek için kafatasındaki elektrotları kullanır.
İkinci bir yöntem, elektrotların beynin yüzeyine yerleştirilmesi dışında elektriksel aktiviteyi de izleyen elektrokortikografi veya ECoG'dir. Bu yöntem tipik olarak epilepsi hastalarında yapılanlar gibi bir klinik prosedürle birlikte gerçekleştirilir. Alternatif olarak, fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopisi olarak bilinen bir teknik, davranışsal görevler sırasında izlenebilen nöral aktivitenin bir korelasyonu olarak oksijen kullanımını izlemek için kızılötesi ışık kullanır.
Artık bazı yaygın araştırma yaklaşımlarına aşina olduğunuza göre, nörofizyolojik araştırmaların bazı uygulamalarına bakalım.
Bu alanın en önemli hedeflerinden biri, epilepside olduğu gibi sinir sistemi işlev bozukluğunun nedenini ve tedavisini bulmaktır. Bir yaklaşım, beynin nöbete neden olan işlevsiz bölgelerini lokalize etmek için hasta beyin aktivitesinin elektrokortikografik kayıtları için elektrotlar implante etmektir.
Nörofizyoloji için heyecan verici yeni bir uygulama, beyin-makine arayüzlerinin geliştirilmesidir. Bu arayüzlerde, denek bir imleci ekranda hareket ettirmek gibi bir görevi yapmayı düşünürken beyin aktivitesi izlenir. Etkinlik, imleç için komut sinyali olarak bilgisayara beslenir. Özünde, bu düşünceyi kullanarak cihaz kontrolüdür.
Nörofizyolojinin bir başka uygulaması, optogenetik kullanılarak nöral devrelerin araştırılmasıdır. Bu araştırmacılar, genetik olarak tasarlanmış bir farenin beynine implante edilmiş bir kuplöre bağlanan bir fiber optik kordonu bir araya getirerek, tanımlanmış nöral devreleri uyarmanın davranışsal sonucunu doğrudan görselleştirebilirler.
JoVE'nin nörofizyolojiye girişini ve sinir sistemi üzerine çalışmasını izlediniz. Tarihsel önemli noktaları, nörofizyologlar tarafından sorulan temel soruları ve kullandıkları bazı teknikleri gözden geçirdik.
İzlediğiniz için teşekkürler!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: What is neurophysiology and what does it study?
Neurophysiology is the study of how the nervous system functions, including the brain, spinal cord, peripheral nerves, and sensory organs. Neurophysiologists investigate the nervous system at multiple levels of organization, from functional systems and circuits to single neurons and neuronal compartments. A unifying focus is understanding the mechanisms that generate and propagate electrical impulses within and between neurons.
Q2: How did Luigi Galvani and Emil Du Bois-Reymond contribute to neurophysiology?
In 1771, Luigi Galvani demonstrated that electrical shock could make a dead frog muscle twitch, proposing 'animal electricity' as the cause. Later, in the 1840s, Emil Du Bois-Reymond proved that animal electricity was actually a nerve impulse or action potential. These discoveries established that electrical signals underlie nervous system function.
Q3: What is the patch clamp technique and why is it important?
Developed in 1976 by Erwin Neher and Bert Sakmann, patch clamp electrophysiology uses a fine glass capillary electrode sealed onto a neuron to monitor electrical activity at the cell and molecular level. This technique allows researchers to study ion channels and membrane properties in exquisite detail, making it one of the most widely used methods for investigating neurons today.
Q4: How does calcium imaging help researchers study neuronal activity?
Calcium imaging loads neurons with a fluorescent dye that changes brightness in response to elevated intracellular calcium concentration. Since calcium levels rise during action potentials, this technique provides an indirect measure of neuronal excitation across the entire neuron, allowing researchers to visualize activity patterns in living cells.
Q5: What is optogenetics and how does it advance neurophysiology research?
Optogenetics, developed in 2005, involves genetically engineering neurons to express light-sensitive ion channels called opsins. By activating these channels with targeted light, researchers can excite or inhibit specific neurons with unprecedented precision, enabling detailed manipulation of neuronal circuits and revealing how specific neurons control behavior.
Q6: What are brain-machine interfaces and how do they use neurophysiology?
Brain-machine interfaces monitor brain activity while a subject thinks about performing a task, such as moving a cursor. This neural activity is converted into computer commands that control external devices. This application demonstrates how neurophysiological research enables device control using thought, offering potential therapeutic benefits for patients with motor impairments.
Q7: How do electroencephalography and electrocorticography differ in measuring brain activity?
Electroencephalography (EEG) uses electrodes placed on the skull to monitor electrical activity across the entire brain non-invasively. Electrocorticography (ECoG) places electrodes directly on the brain surface, typically during clinical procedures like epilepsy surgery, providing higher spatial resolution. Both techniques help neurophysiologists study large-scale brain activity patterns.
Chapters in this video
0:00
Overview
1:01
Historical Highlights
3:24
Key Questions
5:02
Prominent Methods
7:38
Applications
8:55
Summary