Selective extracellular stimulation of individual neurons in ganglia.
Selective extracellular stimulation of individual neurons in ganglia.
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DOI：
10.1088/1741-2560/5/3/003
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发表时间：
2008-09
影响因子：
4
通讯作者：
Chiel HJ
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Lu H;Chestek CA;Shaw KM;Chiel HJ
对单个神经元的选择性控制可以澄清神经功能，并有助于疾病治疗。为了针对特定的神经元，关注脊椎动物周围神经系统中发现的神经节神经元团可能是有用的。由于神经元胞体主要分布在无脊椎动物神经节表面附近，且常在脊椎动物神经节表面附近发现，因此我们开发了一种细胞外控制单个神经元的技术，以海洋软体动物海兔的颊神经节为模型系统。我们通过实验证明，利用这项技术，阳极电流可以选择性地激活单个神经元，而阴极电流可以选择性地抑制单个神经元。为了确定空间特异性，我们研究了刺激所需的最小电流，并将放电频率控制在45赫兹，以确定时间特异性。为了了解空间和时间特异性的机制，我们使用神经元软件包创建了模型。为了广泛地预测具有相似几何结构的神经节中任意神经元的空间特异性，我们创建了一个稳态分析模型。基于猫脊髓运动神经元的神经元模型对细胞外刺激的反应与海兔神经元模型的反应性质相似，表明该技术可广泛适用于具有相似几何结构的脊椎动物和人类外周神经节。
Selective control of individual neurons could clarify neural functions and aid disease treatments. To target specific neurons, it may be useful to focus on ganglionic neuron clusters, which are found in the peripheral nervous system in vertebrates. Because neuron cell bodies are found primarily near the surface of invertebrate ganglia, and often found near the surface of vertebrate ganglia, we developed a technique for controlling individual neurons extracellularly using the buccal ganglia of the marine mollusc Aplysia californica as a model system. We experimentally demonstrated that anodic currents can selectively activate an individual neuron and cathodic currents can selectively inhibit an individual neuron using this technique. To define spatial specificity, we studied the minimum currents required for stimulation, and to define temporal specificity, we controlled firing frequencies up to 45 Hz. To understand the mechanisms of spatial and temporal specificity, we created models using the NEURON software package. To broadly predict the spatial specificity of arbitrary neurons in any ganglion sharing similar geometry, we created a steady-state analytical model. A NEURON model based on cat spinal motorneurons showed responses to extracellular stimulation qualitatively similar to those of the Aplysia NEURON model, suggesting that this technique could be widely applicable to vertebrate and human peripheral ganglia having similar geometry.
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