2/24/16 February 24, 2016 Simulation ¡3 ¡highlights, ¡ a. ¡unmyelinated axon MRO ¡Analysis Sim 3 ¡ AP ¡conduction Refractory ¡period Intracellular ¡Recording Electrical ¡“noise” Warming ¡up ¡axon Why ¡do ¡you ¡see ¡more ¡of ¡the ¡AP ¡with ¡smaller ¡diameter ¡ axon? Why ¡less ¡stimulus ¡current ¡with ¡smaller ¡axon? V-‑ = ¡IR; ¡Cm ¡ down Velocity ¡versus ¡Axon ¡Size Lab 2 due tomorrow 2 0 0 0 0 1 5 0 0 0 mm/se c 1 0 0 0 0 5 0 0 0 0 Effect ¡of ¡stimulus ¡current ¡ on ¡delay? 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 Axon ¡dia me te r ¡(um) AP ¡conduction ¡velocity: ¡Squid ¡giant ¡axon ¡vs. ¡myelinatedaxons Simulation ¡3b. ¡myelinated axon-‑ How ¡does ¡myelin ¡increase ¡conduction ¡speed? 19 ¡m/s ¡= ¡43 ¡mph 500 ¡micron Alpha ¡motor ¡neuron: ¡120 ¡m/s ¡= ¡268 ¡mph Effect ¡of ¡Myelin ¡Wrap ¡on ¡Velocity 8.6 ¡microns 3 0 Unmyelinated C ¡pain ¡fibers: ¡2m/s ¡= ¡4 ¡mph 2 5 Ve locity ¡(m/s) 2 0 1.5 ¡micron 1 5 1 0 5 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 Numbe r ¡of ¡Mye lin ¡Wra ps Same ¡as ¡10 ¡micron Frog ¡myelinated fiber!! 1
2/24/16 Refractory ¡periods: ¡ ¡Why ¡are ¡the ¡APs ¡getting ¡smaller ¡and ¡then ¡fail? Comparison ¡ of ¡conduction ¡velocities 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 Fastest ¡conduction-‑ shrimp ¡motor ¡neurons-‑ 200 ¡m/s (~450 ¡mph) 1 ¡Meter ¡= ¡0.00062137119 ¡Miles Note ¡changing ¡AP ¡threshold ¡too AP ¡refractory ¡periods Intracellular ¡potentials ¡ Action ¡Potentials Synaptic ¡Potentials Receptor ¡Potentials Why ¡doesn’t ¡ the ¡AP ¡go ¡backwards? 2 ¡reasons-‑ Can ¡it ¡go ¡backwards? MRO ¡ stretch ¡in ¡TTX 2
2/24/16 Motor ¡Network ¡Example Comparison ¡ of ¡needle ¡tips Intracellular Extracellular Intracellular ¡microelectrotrode Intracellular ¡microelectrode ¡filled ¡ with ¡3M ¡KCl ( ¡conducting ¡fluid) 0.1 ¡micron Electrical ¡Property ¡1: Electrode ¡resistance ¡(10 ¡to ¡30 ¡Mohms with ¡3M ¡KCl) How ¡do ¡we ¡get ¡KCl to ¡the ¡tip? ¡ 3
2/24/16 Replacing ¡air ¡with ¡KCl in ¡electrodes RC ¡response ¡ of ¡electrode ¡to ¡current ¡injection Time ¡ constant? Electrical ¡Property ¡2: Electrode ¡Capacitance Electrode ¡capacitance How ¡do ¡we ¡get ¡the ¡biological ¡signal ¡to ¡the ¡electronics? Intracellular Extracellular direct ¡charge ¡transfer capacitative charge ¡transfer DC ¡charge ¡transfer ¡on ¡electrode ¡wire Conduction ¡in ¡saline ¡ solution Ag + + ¡Cl -‑ AgCl Very ¡ low ¡solubility +e -‑ -‑e -‑ Conduction ¡in ¡metal Ag 4
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