Estudio de la actividad hipocampal a través de la detección y clasificación de potenciales de acción neuronales en registros electrofisiológicos "in vivo"

Abstract

[ES] La mayor parte de la información que procesa nuestro cerebro se realiza a través de potenciales eléctricos que viajan mediante los circuitos neuronales. La actividad eléctrica específica de cada neurona se conoce como potencial de acción. Estos se producen debido a la polarización y despolarización de la célula. Cuando la neurona recibe un impulso eléctrico, y esta estimulación supera un cierto umbral, se genera este disparo de actividad. Además, la actividad conjunta de un gran número de neuronas permite sumar sus contribuciones eléctricas, generando un campo eléctrico tan grande que podemos detectarlo fuera del propio cráneo a través de la electroencefalografía.

No obstante, al encontrarnos tan lejos de la fuente de corriente, nuestra lectura es un promedio de toda la actividad cerebral, de modo que no podemos saber a qué región concreta pertenece. Es por ello qué se utilizan electrodos intracraneales implantados directamente en aquella zona que sea de interés, pudiendo medir los cambios eléctricos específicos de la población neuronal que rodea al electrodo. El problema reside en reconocer a que célula pertenece cada uno de estos potenciales de acción que se registran. Se aborda este problema a través de la morfología concreta del potencial de acción. Debido a que existe una propagación desde la célula hasta el contacto, la señal eléctrica se deforma en este trayecto. Por ejemplo, si la actividad es muy cercana tendrá amplitudes mayores que si está más alejada.

El funcionamiento anormal de un grupo de neuronas puede tener graves consecuencias, incluyendo la provocación de ataques epilépticos. En concreto, esta enfermedad es debida al exceso de actividad eléctrica sincrónica que nace en una región específica, en este caso en el hipocampo, y que se va a extender por todo el cerebro. El objetivo de este Trabajo Fin de Grado es el estudio de la propagación de esta actividad eléctrica analizando los potenciales de acción de las neuronas. Una vez identificada y clasificada toda la actividad neuronal, se pretende estudiar su comportamiento ante diversos estímulos, tanto sensoriales como eléctricos, así como la relación entre neuronas individuales y el potencial de campo eléctrico generado por toda la población.

[EN] Most of the information that our brain processes is done through electrical potentials that travel by way of neural circuits. The specific electrical activity of each neuron is known as action potential. These are produced due to the polarization and depolarization of the cell. When the neuron receives an electric impulse, and this stimulation exceeds a certain threshold, this activity trigger is generated. Furthermore, the joint activity of a large number of neurons allows to add their electrical contributions, generating an electric field so large that we can detect it outside the skull itself through the electroencephalography.

However, by finding ourselves so far away from the current source, our reading is an average of all brain activity, so we can't know which specific region it belongs to. That is why intracranial electrodes are used directly in the area that is of interest, being able to measure the specific electrical changes to the neuronal population surrounding the electrode. The problem lies in recognizing that cell belongs to each of these action potentials that are recorded. This problem is addressed through the specific morphology of the action potential. Because there is a spread from the cell to the contact, the electrical signal is deformed in this way. For example, if the activity is very close it will have greater amplitudes than if it is farther away.

The abnormal functioning of a group of neurons may have serious consequences, including the provocation of epileptic seizures. In particular, this disease is due to the excess of synchronous electrical activity that is born in a specific region, in this case in the hippocampus, and that it will spread all over the brain. The objective of this end-of-degree work is to study the propagation of this electrical activity by analyzing the action potentials of neurons. Once all neuronal activity is identified and classified, it is intended to study its behavior in the face of various stimuli, both sensory and electrical, as well as the relationship between individual neurons and the potential of electric field generated by the whole population.