2/24/16 February 24, 2016 Simulation 3 highlights, a. - - PDF document

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MRO ¡Analysis Sim 3 ¡ AP ¡conduction Refractory ¡period Intracellular ¡Recording Electrical ¡“noise”

February 24, 2016

Lab 2 due tomorrow

Simulation ¡3 ¡highlights, ¡ a. ¡unmyelinated axon

Why ¡do ¡you ¡see ¡more ¡of ¡the ¡AP ¡with ¡smaller ¡diameter ¡ axon? Why ¡less ¡stimulus ¡current ¡with ¡smaller ¡axon? Effect ¡of ¡stimulus ¡current ¡ on ¡delay?

Warming ¡up ¡axon

5 0 0 0 1 0 0 0 0 1 5 0 0 0 2 0 0 0 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 mm/se c Axon ¡dia me te r ¡(um)

Velocity ¡versus ¡Axon ¡Size

V-­‑ = ¡IR; ¡Cm ¡ down

Simulation ¡3b. ¡myelinated axon-­‑ How ¡does ¡myelin ¡increase ¡conduction ¡speed?

5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 Ve locity ¡(m/s) Numbe r ¡of ¡Mye lin ¡Wra ps

Effect ¡of ¡Myelin ¡Wrap ¡on ¡Velocity AP ¡conduction ¡velocity: ¡Squid ¡giant ¡axon ¡vs. ¡myelinatedaxons Same ¡as ¡10 ¡micron Frog ¡myelinated fiber!!

19 ¡m/s ¡= ¡43 ¡mph 500 ¡micron Alpha ¡motor ¡neuron: ¡120 ¡m/s ¡= ¡268 ¡mph 8.6 ¡microns Unmyelinated C ¡pain ¡fibers: ¡2m/s ¡= ¡4 ¡mph 1.5 ¡micron

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Axon Diameter (micron ) Myelin CV (m/s) Alpha motor neuro ns 13-20 yes 80-120 (26 8 mph ) Gamma motor neuron s 5-8 yes 4-24 Muscle spind le re ce ptor 13-20 yes 80-120 Skin mechano recep tors 6-12 yes 35-75 Fast pain 1-5 yes 3-30 Slow pain (C fiber) 0.2-1.5 no 0.5-2 Squid giant axon 500 no 19 Chara (plan t) 1000 no 0.4

Comparison ¡ of ¡conduction ¡velocities

Fastest ¡conduction-­‑ shrimp ¡motor ¡neurons-­‑ 200 ¡m/s (~450 ¡mph)

1 ¡Meter ¡= ¡0.00062137119 ¡Miles Refractory ¡periods: ¡ ¡Why ¡are ¡the ¡APs ¡getting ¡smaller ¡and ¡then ¡fail? Note ¡changing ¡AP ¡threshold ¡too Why ¡doesn’t ¡ the ¡AP ¡go ¡backwards? 2 ¡reasons-­‑ Can ¡it ¡go ¡backwards? AP ¡refractory ¡periods Intracellular ¡potentials ¡

Action ¡Potentials Synaptic ¡Potentials Receptor ¡Potentials

MRO ¡ stretch ¡in ¡TTX

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Extracellular Intracellular Motor ¡Network ¡Example Comparison ¡ of ¡needle ¡tips Intracellular ¡microelectrotrode

0.1 ¡micron

Electrical ¡Property ¡1: Electrode ¡resistance ¡(10 ¡to ¡30 ¡Mohms with ¡3M ¡KCl) Intracellular ¡microelectrode ¡filled ¡ with ¡3M ¡KCl ( ¡conducting ¡fluid) How ¡do ¡we ¡get ¡KCl to ¡the ¡tip? ¡

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Replacing ¡air ¡with ¡KCl in ¡electrodes RC ¡response ¡ of ¡electrode ¡to ¡current ¡injection

Time ¡ constant?

Electrical ¡Property ¡2: Electrode ¡Capacitance Electrode ¡capacitance AgCl Ag+ + ¡Cl-­‑ Ag +e-­‑

• ­‑e-­‑

Conduction ¡in ¡metal Conduction ¡in ¡saline ¡ solution

DC ¡charge ¡transfer ¡on ¡electrode ¡wire

Extracellular capacitative charge ¡transfer Intracellular direct ¡charge ¡transfer

Very ¡ low ¡solubility

How ¡do ¡we ¡get ¡the ¡biological ¡signal ¡to ¡the ¡electronics?