Potencial de campo local

Los potenciales de campo locales ( PCL ) son señales eléctricas transitorias generadas en nervios y otros tejidos por la actividad eléctrica sumada y sincrónica de las células individuales (por ejemplo, neuronas) en ese tejido. Los PCL son señales "extracelulares", lo que significa que se generan por desequilibrios transitorios en las concentraciones de iones en los espacios fuera de las células, que resultan de la actividad eléctrica celular. Los PCL son "locales" porque se registran mediante un electrodo colocado cerca de las células generadoras. Debido a la ley del inverso del cuadrado , dichos electrodos solo pueden "ver" potenciales en un radio espacialmente limitado. Son potenciales generados por el voltaje que resulta de la separación de carga en el espacio extracelular, que produce un campo eléctrico local. Los PCL se registran típicamente con un microelectrodo de alta impedancia colocado en medio de la población de células que lo generan. Se pueden registrar, por ejemplo, mediante un microelectrodo colocado en el cerebro de un sujeto humano ^{[ 1 ]} o animal, o en una rebanada delgada de cerebro in vitro .

Durante los registros de potencial de campo local, se registra una señal utilizando un microelectrodo extracelular colocado lo suficientemente lejos de las neuronas locales individuales para evitar que una célula en particular domine la señal electrofisiológica. Esta señal se filtra luego con un filtro de paso bajo , con un corte a ~300 Hz , para obtener el potencial de campo local (LFP) que puede registrarse electrónicamente o mostrarse en un osciloscopio para su análisis. La baja impedancia y el posicionamiento del electrodo permiten que la actividad de un gran número de neuronas contribuya a la señal. La señal sin filtrar refleja la suma de potenciales de acción de células dentro de aproximadamente 50-350 μm de la punta del electrodo ^{[ 2 ] [ 3 ]} y eventos iónicos más lentos dentro de 0,5–3 mm de la punta del electrodo. ^{[ 4 ]} El filtro de paso bajo elimina el componente de espiga de la señal y deja pasar la señal de menor frecuencia , el LFP. 

El voltímetro o convertidor analógico-digital al que está conectado el microelectrodo mide la diferencia de potencial eléctrico (medida en voltios ) entre el microelectrodo y un electrodo de referencia. Un extremo del electrodo de referencia también está conectado al voltímetro, mientras que el otro se coloca en un medio continuo y de composición idéntica al medio extracelular. En un fluido simple , sin componentes biológicos , se producirían ligeras fluctuaciones en la diferencia de potencial medida alrededor de un punto de equilibrio ; esto se conoce como ruido térmico . Esto se debe al movimiento aleatorio de iones en el medio y electrones en el electrodo. Sin embargo, cuando se coloca en el tejido neural , la apertura de un canal iónico produce un flujo neto de iones hacia la célula desde el medio extracelular, o desde la célula hacia el medio extracelular. Estas corrientes locales dan lugar a cambios mayores en el potencial eléctrico entre el medio extracelular local y el interior del electrodo de registro. La señal registrada total representa, por lo tanto, el potencial causado por la suma de todas las corrientes locales en la superficie del electrodo.

Se cree que el potencial de campo local representa la suma de las entradas sinápticas en el área observada, a diferencia de los picos , que representan la salida del área. Las fluctuaciones rápidas son causadas principalmente por las corrientes cortas de entrada y salida de los potenciales de acción, mientras que el LFP se compone de las corrientes más sostenidas en el tejido que son generadas por la actividad sináptica ( EPSCs e IPSCs ). ^{[ 6 ]} Los modelos basados ​​en datos han mostrado una relación predictiva entre los LFPs y la actividad de picos. ^{[ 7 ]} Un método común para investigar las oscilaciones del LFP que conducen a picos es calcular promedios desencadenados por picos (ver figura). Esto se hace después del registro (fuera de línea) detectando los picos como deflexiones descendentes rápidas, recortando las secciones temporales alrededor del pico (+/- 250 ms) y promediando los trazados alineados con el pico para cada sitio de registro. ^{[ 5 ]} Alternativamente, los picos pueden eliminarse de los trazados de registro extracelular mediante filtrado de paso bajo, revelando el LFP.

La contribución de las células a las variaciones lentas del campo eléctrico está determinada por la configuración geométrica de las propias células. En algunas células, las dendritas se orientan en una dirección y el soma en otra, como en las células piramidales . Esto se conoce como disposición geométrica de campo abierto. Cuando se produce una activación simultánea de las dendritas, se genera un fuerte dipolo . En las células donde las dendritas se disponen de forma más radial , la diferencia de potencial entre las dendritas individuales y el soma tiende a anularse con las dendritas diametralmente opuestas; esta configuración se denomina disposición geométrica de campo cerrado. Como resultado, la diferencia de potencial neta en toda la célula cuando las dendritas se activan simultáneamente tiende a ser muy pequeña. Por lo tanto, los cambios en el potencial de campo local representan eventos dendríticos simultáneos en las células con configuración de campo abierto.

Interpretar el LFP a través de las características de la actividad neuronal sigue siendo un desafío. Como mínimo, es evidente que las neuronas eléctricamente compactas no contribuyen al LFP. Por consiguiente, el modelo mínimo para calcular el LFP es un modelo de dos compartimentos. Según este modelo, el LFP está determinado por la corriente que fluye entre los compartimentos dendrítico y somático. El componente sináptico de esta corriente es aproximadamente proporcional a la diferencia entre los potenciales de membrana dendrítico y somático y se combina con el componente de disparo. ^{[ 8 ]}

Parte del filtrado de paso bajo que da lugar a potenciales de campo locales se debe a las complejas propiedades eléctricas del espacio extracelular. ^{[ 9 ]} El hecho de que el espacio extracelular no sea homogéneo y esté compuesto por un complejo agregado de fluidos altamente conductores y membranas capacitivas y de baja conductividad puede ejercer fuertes propiedades de filtrado de paso bajo. La difusión iónica , que desempeña un papel importante en las variaciones del potencial de membrana, también puede actuar como un filtro de paso bajo.

• Mecanismos de potenciales de campo locales (Scholarpedia)