ミミズの巨大繊維から記録された細胞外活動電位のスペクトル分析を通じて、神経線維距離と神経伝導速度への電極の決定

単一ユニット神経活動を解決できるマイクロニュローグラフィーと選択的微小電極の使用は、神経系内のコーディングを理解するためのツールと、末梢神経病理を評価するための臨床診断ツールになりました。これらの手法の中心は、互いにユニットを識別および識別するために、細胞外活動電位（AP）波形の形状の違いを使用することです。これらの形状の違いの起源の理論モデリングは、電極に対する神経繊維の位置と単位の伝導速度がこれらの違いに寄与し、繊維とその電極との関係に関するより多くの情報が生じているという仮説を生み出すことを示しています。AP波形のさらなる分析を考慮して、抽出できます。この論文は、電極と神経繊維の間の電気結合を調査することにより、この質問に対処します。理想化されたモデルと文献は、電極繊維距離と単位伝導速度の2つのパラメーターが、電極によって検出された細胞外APの振幅に寄与し、スパイク振幅だけを使用してカップリングの定量化を混乱させることを示しています。これを解決するために、単一ユニットのAP波形のスペクトル分析を使用して、これら2つのパラメーターの微分定量化を可能にする方法を開発し、2つのパラメーターがin vitroミミズモデルで効果的に分離される可能性があることを実証します。この方法は、神経繊維と神経界面の相互作用のマイクロスケールのin situモニタリングへの道を開くことができます。

Microneurography and the use of selective microelectrodes that can resolve single-unit nerve activity have become a tool to understand the coding within the nervous system and a clinical diagnostic tool to assess peripheral neural pathologies. Central to these techniques is the use of the differences in the shape of the extracellular action potential (AP) waveform to identify and discriminate units from one another. Theoretical modeling of the origins of these shape differences has shown that the position of the nerve fiber relative to the electrode and the conduction velocity of the unit contribute to these differences giving rise to the hypothesis that more information about the fiber and its relationship to the electrode could be extracted given further analysis of the AP waveform. This paper addresses this question by exploring the electrical coupling between the electrode and nerve fiber. Idealized models and the literature indicate that two parameters, the electrode-fiber distance and the unit conduction velocity, contribute to the amplitude of the extracellular AP detected by the electrode, which confounds the quantification of coupling using the spike amplitude alone. To resolve this, we develop a method that enables differential quantification of these two parameters using spectral analysis of the single-unit AP waveform and demonstrate that the two parameters could be effectively decoupled in an in vitro earthworm model. The method could open the way forward toward micro-scale in situ monitoring of the interaction of nerve fiber and neural interface.