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LABORATORIO SIETE: DANDO REFERENCIA A LAS ESPIGAS
RESUMEN
En este laboratorio, podrás:
1. Aprender acerca del voltaje, y la aplicación práctica de medir una diferencia de voltaje;
2. Tener presente cómo la colocación "incorrecta" de los electrodos puede llevar a resultados
experimentales "incorrectos";
3. Investigar la importancia que la ubicación del electrodo de tierra tiene en la calidad de las
grabaciones neuronales.
OBJETIVOS
Antes de realizar esta práctico debieras:
 review action potential mechanisms and the structure of neurons;
 study the anatomy of the nervous system within the cockroach leg.
Después de realizar este práctico debieras ser capaz de:
 explicar el concepto de voltaje, y lo que realmente queremos decir cuando entregamos un valor de
voltaje;
 describir qué tipo de resultados de grabación se esperarían basados en la colocación del electrodo
de tierra en diferentes lugares;
 describir el método implementarías para encontrar la mejor ubicación de la “tierra” para un
determinado lugar de grabación.
MATERIALES
 SpikerBox
 Computador con Audacity instalado, o un iPhone/iPad/Android con la aplicación de Backyard Brains
instalada
 Cable de computador portátil o cable de iPhone/iPad/Android
 Cucaracha
 Tijeras de disección
 Mondadientes o una brocheta partida por la mitad, para que un extremo sea puntiagudo
INTRODUCCIÓN
Para entender este experimento, uno
debe primero tener un entendimiento del
concepto de voltios (o voltaje). El voltaje se
define como la energía potencial eléctrica por
unidad de carga, y se mide en joules por
coulomb (1 voltio = 1 joule/culomb)
Específicamente, el voltaje es una medida de
la diferencia eléctrica entre dos puntos
Por ejemplo, ¿te has peinado alguna vez el
pelo en un día seco y notado que tu pelo
empieza a "flotar" hacia la peineta? Esto se
debe a que has generado una diferencia
eléctrica entre la peineta y tu pelo.
Al peinar el cabello, las tiras de plástico de la
peineta "quitan" electrones de tu cabello,
creando una diferencia en la carga, o
"voltaje", entre tu pelo y la peineta. Como
resultado, esta separación de cargas crea una curiosa atracción de tu pelo hacia la peineta, mientras que
también hace que hebras individuales del cabello se repelan entre sí.
Esta diferencia de carga implica además que no es posible medir el voltaje en un solo punto.
Cualquier valor de voltaje observado será siempre un valor relativo, o mejor dicho, el valor en un punto
(peineta) definido respecto al valor en otro punto (cabello). Tu pelo y la peineta tienen una diferencia de
carga relativa, con la peineta ligeramente menos negativa que el pelo. Como otro ejemplo, la batería de
nueve voltios que alimenta tu SpikerBox tiene una diferencia de 9 voltios en voltaje entre los extremos
'+' y '-'.
Debido a que el voltaje es una medida de la
diferencia entre dos puntos, el cable del electrodo de tu
SpikeBox tiene dos agujas en lugar de una; estamos
midiendo el voltaje entre las dos agujas del electrodo. En
un mundo ideal, tus electrodos tienen cualidades
distintas, un electrodo de "grabación" que captura la
señal de interés (espigas) ojalá ubicado cerca de algún
nervio, y un electrodo de “tierra" idealmente ubicado en una parte del organismo que tenga poca señal
eléctrica presente.
¿Por qué? Porque necesitas una diferencia entre los dos electrodos para ver espigas. Las espigas
(potenciales de acción) son extremadamente pequeñas, del orden de microvoltios a milivoltios, y por lo
tanto deben ser amplificadas por dispositivos como tu Spikerbox para poder ser detectadas.
Veamos lo que ocurre cuando una espiga viaja
por un nervio, y tenemos nuestros electrodos
de registro y de tierra en los extremos
opuestos del nervio. En la figura a la derecha,
la espiga se representa como un "+" en una
superficie de muchos '-' dentro del nervio. A
medida que el electrodo de registro se
encuentra con la espiga, el resultado es una
barra hacia arriba en nuestra medición de
voltaje. Luego, cuando la espiga se encuentra
entre ambos electrodos, de registro y de tierra,
no hay diferencias entre lo que cada electrodo
"ve", por lo que se registra un cero. A medida
que la espiga se desplaza por el electrodo de
tierra, el electrodo de registro ahora parece
negativo con respecto al de tierra, se registra
una barra hacia abajo en la medición de
voltaje. Luego, cuando la espiga viaja por el
nervio más allá del electrodo de tierra, la
lectura de voltaje vuelve a la normalidad.
Consideremos ahora un experimento
mental donde nos encontramos con un mundo extraño, alternativo, en el que los potenciales de acción
viajan infinitamente rápido a través de los nervios. Imagina que intentamos grabar espigas de este
nervio con la misma configuración de electrodos que en el caso anterior. Si un potencial de acción
ocurre, y estamos midiendo la diferencia de voltaje entre el electrodo de registro y el electrodo de
tierra, ¿qué es lo que esperamos ver?
Dado que tanto los electrodos de registro y de tierra estarán al mismo potencial eléctrico debido
a que el potencial de acción es infinitamente rápido, registraríamos un valor igual a cero...lo que nos
llevaría a concluir que este animal no genera potenciales de acción, y por lo tanto utiliza un método de
comunicación neuronal nuevo y desconocido para la ciencia! Si esto fuera cierto, sería algo genial para
nuestras carreras, pero lamentablemente nuestras conclusiones no serían correctas. Nuestra colocación
de los electrodos, simplemente no nos permite "ver" el potencial de acción.
Por lo tanto, debido a que una medición de voltaje es una medida de la diferencia entre los electrodos
de grabación y electrodos de tierra, necesitas analizar cuidadosamente donde colocar los electrodos
para grabar las señales neuronales. Por ejemplo, considera las siguientes tres condiciones:
En la condición de más arriba (electrodos muy alejados, pero ambos en tejido neural), estás
registrando una mezcla muy “poblada” de espigas de seis neuronas ya que verías las tres neuronas
cerca del electrodo de tierra y las tres neuronas cerca del electrodo de registro ). En la condición del
medio (electrodo de tierra en el hueso, electrodo de registro en el tejido nervioso), la grabación sería
menos "poblada", ya que el electrodo de tierra se encuentra en hueso, donde no hay neuronas
presentes. Sólo lograrías ver espigas de las tres neuronas cerca del electrodo de registro. Consideremos
ahora la condición inferior. Puedes notar que hay dos neuronas exactamente a la mitad entre los
electrodos de grabación y de tierra. Ambos electrodos verían exactamente la misma señal a partir de
estas dos neuronas, por lo que no serías capaz de observar las neuronas centrales. Sin embargo, sí
podrías ser capaz de registrar desde la neurona en el lado derecho, que está más cerca del electrodo de
registro. En esta grabación, obtendrías un registro muy limpio de sólo 1 neurona, algo que los
neurocientíficos amamos ¿Y por qué? Volveremos a esto más adelante.
Por ahora, en este experimento, vamos a examinar diversas configuraciones de electrodos de
registro y electrodos de tierra.
PROCEDIMIENTO
Nota: para este experimento nos referimos a electrodos de "tierra" y electrodos de "grabación",
pero tu puedes decidir arbitrariamente cuál de ellos se llamará de registro y cual se llamará
tierra.
Prueba la calidad de tus grabaciones en el
fémur con el electrodo de tierra en la coxa.
1. Configura tu computador/dispositivo móvil
para grabación y prepara una pata de
cucaracha, como se describe en el
Experimento 1.
2. Coloca tu electrodo de registro en el
fémur, y el electrodo de tierra (de referencia) en la coxa como se muestra en la figura de la
derecha.
3. Sopla la pata de la cucaracha. Observa si la respuesta es un "barrido" amplio de actividad
neuronal, o si se trata de un tren de espigas individual.
4. Con cuidado, tocar las púas de la pata con un mondadientes. Observa si la respuesta es
un "barrido" o un tren de espigas individual.
Prueba la calidad de tus grabaciones en el fémur
con el electrodo de tierra en el fémur
1. Repite el mismo procedimiento anterior, pero
coloca el electrodo de tierra en el fémur, como
se muestra en la figura de la derecha.
Prueba la calidad de tus grabaciones en la coxa
con el electrodo de tierra en la coxa
1. Coloca ambos electrodos en la coxa,
como se muestra en la derecha, y repite
las mismas observaciones anteriores.
PREGUNTAS DE DISCUSIÓN
1. ¿Qué es el voltaje? Cuando se reporta el voltaje, ¿es un número absoluto o es un valor
diferencial?
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2. En este experimento, aprendiste que sucede cuando se mueve los electrodos de tierra y de
registro a una nueva ubicación. ¿Qué crees que pasaría si inviertes tus electrodos de tierra
y de grabación en la primera configuración, poniendo la "tierra" en el fémur y el electrodo de
registro en la coxa? ¿Verías alguna diferencia?
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3. Con un electrodo en la coxa y el fémur, existe generalmente una gran cantidad de
"actividad de fondo". ¿Cómo cambia esto al poner ambos electrodos en el fémur? ¿Podrías
dar una explicación para esta diferencia? Aquí hay un paper clásico sobre la neuroanatomía
de la pata de una cucaracha que podría ser útil.
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4. En la página tres de este ejercicio, se habla de grabaciones con respecto a diferentes
condiciones del electrodo de tierra (en el tejido neural a distancia, en los huesos, en el
tejido neuronal cercano, etc.) En el espacio debajo, dibuja cómo se verían las grabaciones
en estas condiciones, utilizando el formato de la figura en la página 3. Nota: una de las
condiciones de tu experimento no está representada en la ilustración.
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5. Describe el método que implementarías para encontrar la mejor ubicación del electrodo de
tierra para un determinado lugar de grabación
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