3/1/16 February 29, 2016 How do we get the biological signal - PDF document

3/1/16 February 29, 2016 How ¡do ¡we ¡get ¡the ¡biological ¡signal ¡to ¡the ¡electronics? Resting ¡membrane ¡potential Electrical ¡“noise” Resting ¡Potential 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 Good ¡general ¡ references: Wright, ¡ 2005 Ag Sim Assignment ¡ 4: ¡ Equilibrium ¡ Potentials ¡ Resting ¡Potential Ion ¡distributions ¡ across ¡cell ¡membrane ¡ What ¡do ¡these ¡have ¡in ¡common? O ¡ mV “rubbing ¡salt ¡in ¡a ¡wound” Lethal ¡injection ¡cocktail Dr . ¡Kevorkian’s ¡suicide ¡machine Hyperkalemia Hypokalemia Good ¡general ¡ references: Wright, ¡ 2005 Simulation ¡ week ¡ 5 1

3/1/16 Donnan Equilibrium Ionic ¡basis ¡ of ¡the ¡resting ¡ potential What ¡happens ¡if ¡we ¡open ¡pores ¡in ¡the ¡membrane permeable ¡to ¡K+? See ¡tutorials ¡below https://www.youtube.com/watch?v=hLAS-­‑ jK6Ekc http://www.youtube.com/watch?v=MhSfQio8 mp0 https://www.youtube.com/watch?v=t7Gr_tmS hm4&ebc=ANyPxKrG-­‑ b6qFYIeDlb4TOqIx1Q8eGnSWWVaszHXCZiTLcH A2gGJklrkKzvrHDvvs924gIZaXrs5PY9yYyCb2nH VWgAXMr_CFA https://www.youtube.com/watch?v=ei__S8gM 1) ¡Unequal ¡ distribution ¡ of ¡ion ¡species ¡across ¡membrane raU&ebc=ANyPxKrG-­‑ b6qFYIeDlb4TOqIx1Q8eGnSWWVaszHXCZiTLcH A2gGJklrkKzvrHDvvs924gIZaXrs5PY9yYyCb2nH VWgAXMr_CFA Donnan Equilibrium Donnan Equilibrium When ¡will ¡the ¡voltage ¡change ¡stop? What ¡happens ¡to ¡the ¡relative ¡voltage ¡differences ¡between ¡outside ¡and ¡inside when ¡K+ ¡goes ¡out? 2) ¡Selective ¡permeability ¡of ¡ion ¡species through ¡membrane 2

3/1/16 At ¡Nernst ¡Potential: ¡ Squid ¡giant ¡axon-­‑ a ¡model ¡prep K+ ¡experiment Why ¡does ¡the ¡line ¡deviate ¡from ¡the ¡K theoretical ¡values ¡at ¡lower ¡[K]? ¡ 3

3/1/16 Squid ¡giant ¡axon-­‑ RP ¡experiment Squid ¡giant ¡axon-­‑ membrane ¡prep Squid ¡giant ¡axon-­‑ experimental ¡chamber Results-­‑ K: ¡RP ¡relationship “normal” 40,000 ¡APs ¡can ¡fire! 4

3/1/16 Most ¡neurons ¡have ¡a ¡resting ¡potential ¡more ¡depolarized ¡ than ¡ At ¡Rest: ¡ ¡INa = ¡IK? V=IR Keq Potential. ¡ ¡Why ¡is ¡that? IK ¡= ¡gK (Vm-­‑EK) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡INa = ¡gNa (Vm-­‑ENa) At ¡Rest: ¡gK50X ¡> ¡gNA gK(Vm-­‑EK) ¡= ¡gNa (Vm-­‑ENa) At ¡Rest: ¡ ¡INa = ¡IK? Dynamic ¡membrane ¡conductancesmanipulate Membrane ¡Model ¡ at ¡Rest the ¡RP . ¡ ¡ ¡Better ¡described ¡by ¡this ¡equation. Other ¡contributions ¡ to ¡RP? 5

3/1/16 Example ¡of ¡Changes ¡in ¡“ ¡RP” ¡by ¡changing ¡ionic ¡conductances n1 n1 n1 n1 g3 g3 n2 n2 n2 n2 s3 s3 s3 s3 sw sw Crayfish superficial flexor muscle sw sw n3 n3 n3 n3 ma ma ma ma vnc vnc sf sf sf sf Methylene bluestain: ventral nerve cord, vnc; n3 n3 ganglionic nerves (n1, n2, n3);sf muscle n3 n3 n1 g4 g4 n1 n1 n1 n2 n2 n2 n2 s4 s4 s4 s4 sw sw sw sw n3 n3 n3 n3 6