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听觉研究电生理技术
日期:2016/5/2       浏览次数:460

 

电生理技术(Electrophysiological Techniques)是以多种形式的能量(电、声等)刺激生物体,测量、记录和分析生物体发生的电现象(生物电)和生物体的电特性的技术,是医学研究的主要方法之一。

1922年,两位美国科学家厄兰格(J.Erlanger)和盖塞(H.S.Gasser)首先用阴极射线示波器记录神经动作电位,并证明神经纤维越粗,传导冲动的速度越快。这一方法学的进步奠定了现代电生理学的技术基础。他们俩人因此而获得1944 年诺贝尔奖。早期的电生理技术只能记录大量细胞的同步的电活动,以后逐渐向微观和整体两个方面发展。在微观方面,1949年,G.Ling 和 R.W.Gerard 开始用微电极插入细胞内记录其电活动,使电生理技术达到细胞水平。1976年 E. Neher 和B. Sakmann 应用改进的膜片钳技术,可以记录细胞膜上单个离子通道的电流量,为从分子水平阐明神经元活动打下基础,因而获1991 年诺贝尔奖。在整体方面,20世纪60年代起,由于应用了计算机,人们能从人或动物的体表记录到非常微弱的体内深部小群细胞的电活动。这类测量对机体毫无损伤,因此对临床诊断有重要意义。

电生理技术大致包括电生理测量技术、刺激技术和信号的处理和分析技术等方面。电生理测量技术 包括生物电测量技术和生物体电特性测量技术。

①生物电测量技术。用电极将微弱的生物电引出,经生物电放大器将它放大,再经示波器等显示其波形并记录下来,以便观察、分析和保存。引导生物电的电极分大电极和微电极两类。大电极记录到的是许多细胞(例如一个器官)的电活动综合而成的生物电,例如心电、脑电、肌电等。微电极的尖端直径小于1微米,也可大至几微米( 玻璃管、金属丝)。用微电极可在细胞水平上对生物电现象进行观测和研究。细胞发生的生物电的能量很低,必须用放大器放大才能观测。大电极用的生物电放大器应该噪声低、漂移小,具有很强的抑制外界和生物体内电干扰的能力。微电极放大器需具有极高的输入电阻和减小输入电容的补偿电路,使生物电能保真地放大。显示和记录时常用的有磁带记录仪,笔写记录器,XY记录仪和示波器等。

②生物体电学特性的测量技术。此种技术常用于对生物体的电阻、电容和电感等参数的测量。例如使一定量的电流流过细胞膜,测量它在细胞膜上产生的电位差,根据欧姆定律,即可算出细胞膜的电阻。这类测量对于生物电产生和传播过程的研究有重要意义。

神经在接受刺激时,在受刺激的部位产生了一个可传导的电变化,并以一定的速度传向肌细胞或其它细胞,这一点可以用阴极射线示波器为主的生物电测量仪器测得。上图中由射线管右侧电子枪形成的电子束连续射向荧光屏,途中经过两对板状的偏转电极;当电子束由水平偏转板两极之间通过时,由于板上有来自扫描发生器装置的锯齿形电压变化,使射向荧光屏的电子束以一定的速度作水平方向的反复扫动;这时,如果把由两个测量电极引导来的生物电变化经放大器放大后加到垂直偏转板的两极,那么电子束在作横扫的同时又作垂直方向的移动。这样,根据移动电子束在荧光屏上形成的光点的轨迹,就能准确地测量出组织中的微弱电变化的强度及其随时间变化的情况。如果神经干在右端受到刺激,神经纤维将产生一个传向左端的动作电位,当它传导到同放大器相连的第一个引导电极处时,该处的电位暂时变得相对地较负,于是在一对垂直偏转板上再现电位差,在荧光屏上可看到一次相应的光点波动;当动作电位传导到第二个引导电极处时,该处也将变得较负,于是荧光屏上会出现另一次方向相反的光点波动;这样记到的两次电位波动,称作双相动作电位。把神经标本作一些特殊处理,如将第二个记录电极下方的神经干损伤,使该处不能产生兴奋,那么再刺激神经右端时,在示波器上只能看到一次电位波动,这称为单相动作电位。另外,用其它技术方法还可使记录电极中的一个电极处的电位保持恒定或经常处于零电位状态,亦即使此电极成为参考或无关电极,于是在实验中记录到的电变化就只反映与另一电极(称为有效电极)接触处的组织或细胞的电变化,这称为单极记录法。

刺激技术 包括设计制造刺激器,使能产生所需形式和参数的刺激能量,将刺激能量施加在欲刺激的部位上,减少刺激带来的副作用。有电、光、声和机械等多种刺激器,其中以电刺激器用得最多。一般要求电刺激器的参数(如强度、持续时间等)有适当的变化范围,可精细调节和稳定。方波是电刺激中最常用的波形,因为它简单、易于发生、控制精确、刺激量便于计算。

信号的处理和分析技术 电子计算机逐渐被广泛应用于生理信号的处理和分析,不仅可以提高效率和测量精度,而且可以建立新的测量方法、开辟新的研究领域。常用的有自动测量、信号分析、信号提取、信号识别、信号判别及信号源定位等。

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