Hacia una definición fisiológica positiva de los núcleos cerebrales profundos en humanos / Towards a positive physiological definition of the deep brain nuclei in humans

Introducción: El registro con microelectrodos en la estimulación cerebral profunda (ECP) ha demostrado una gran utilidad. Es posible mejorar su eficiencia caracterizando las propiedades de los potenciales de acción extracelulares (PAE). Pacientes y métodos: Hemos analizado registros de nueve pacientes operados por epilepsia o agresividad bajo anestesia general. Se han determinado las propiedades de los PAE de los núcleos talámicos centromediano, ventral intermedio, ventrocaudal e hipotalámico posteromedial. Resultados: Hemos analizado 706 células talámicas y 142 hipotalámicas. La proporción de tipos celulares resultó específica de cada núcleo celular. El tipo celular más frecuente fue P1P2N1 (59,5%), seguido por N1P1N2 (23,1%). La primera fase del PAE es altamente variable. Las propiedades de las fases del PAE de la misma morfología difieren altamente entre núcleos. Conclusiones: Hemos demostrado que diversos núcleos cerebrales profundos tienen propiedades específicas de la morfología de los PAE. Esto permitirá una mejora en la localización de estos núcleos durante la ECP.(AU)

Introduction: Using microelectrodes for recording purposes in deep brain stimulation (DBS) has proven to be very useful. Their efficiency can be improved by characterising the properties of extracellular action potentials (EAPs). Patients and methods: We analysed the records of nine patients who underwent surgery for epilepsy or aggressiveness under general anaesthesia. The properties of the EAPs of the centromedian, ventral intermediate, ventrocaudal and posteromedial hypothalamic nuclei of the thalamus have been determined. Results: We have analysed 706 thalamic and 142 hypothalamic cells. The proportion of cell types was found to be specific to each cell nucleus. The most frequent cell type was P1P2N1 (59.5%), followed by N1P1N2 (23.1%). The first phase of the EAP is highly variable. The properties of the EAP phases of the same morphology differ greatly from one nucleus to another. Conclusions: We have shown that several deep brain nuclei have properties that are specific to the morphology of the EAPs. This will allow for improved localisation of these nuclei during DBS.(AU)

El periodo refractario de las células excitables: ¿inconsistencias de un dogma? / The refractory period of excitable cells: Inconsistencies of a dogma?

Resumen Introducción. Los canales activados por voltaje para Na+ y para K+ presentan compuertas de activación e inactivación, las cuales se abren y se cierran dependiendo de la intensidad de la corriente eléctrica que fluye por la membrana cuando está respondiendo a un estímulo. Durante este breve momento, la membrana entra en un periodo de refractariedad que la hace insensible a otros estímulos. Objetivo. Demostrar que los periodos refractarios absoluto y relativo se presentan a medida que se va desarrollando el potencial de acción y no después de que se ha completado, mediante un análisis teórico basado en el funcionamiento eléctrico normal de los canales activados por voltaje para Na+ y K+. Cuestionamientos. En diversos textos y artículos de fisiología, las definiciones de los periodos refractarios absoluto y relativo son confusas y erróneas, puesto que no tienen en cuenta el funcionamiento normal de los canales activados por voltaje. Además, la ubicación que dan a dichos periodos con respecto al potencial de acción es desfasada y su tiempo de duración es incierto. Conclusión. Los periodos refractarios absoluto y relativo se presentan durante el desarrollo del potencial de acción y no después de que ha sido completado.

Abstract Introduction: Voltage-gated Na+ and K+ channels have activation and inactivation gates that open and close depending on the intensity of the electric current flowing through the membrane when it is responding to a stimulus. During this brief moment, the membrane enters a refractory period that makes it insensitive to other stimuli. Objective: To prove that absolute and relative refractory periods occur as the action potential develops rather than after it has been completed, by means of a theoretical analysis based on the normal electrical functioning of voltage-gated Na+ and K+ channels. Questioning: Several texts and articles on physiology provide confusing and misleading definitions of absolute and relative refractory periods, since they don't consider the normal functioning of voltage-gated channels. Furthermore, the location they give to these periods in relation to the action potential is out-of-time and their duration remains uncertain. Conclusion: Absolute and relative refractory periods occur as the action potential develops rather than after it has been completed.

Correlación del umbral de potencial evocado auditivo de tronco cerebral con el umbral de potencial evocado auditivo de estado estable en pacientes hipoacúsicos / Correlation of the threshold of auditory brainstem response with the auditory steady state response in hearing loss patients

RESUMEN Introducción: El avance de los dispositivos de ayuda auditiva han ocasionado a su vez el desarrollo de las técnicas electrofisiológicas destinadas al diagnóstico de la sordera. Objetivo: Comparar los umbrales del potencial evocado auditivo de tronco cerebral (PEATC) y del potencial evocado auditivo de estado estable (PEAee) en niños con hipoacusia. Material y método: Estudio observacional descriptivo de una serie de casos de pacientes de 0 a 6 años de edad con hipoacusia, diagnosticada mediante PEATC y PEAee. Se compara el umbral de la onda V en el PEATC y la media del valor registrado en 2 y 4 kHz en el PEAee mediante la correlación de Spearman y se utiliza el índice Kappa para conocer la concordancia entre las mismas. Resultados: Se diagnosticaron 89 oídos con hipoacusia, 23 con hipoacusia profunda. Se obtiene un valor de rho de Spearman de 0,64 (p <0,001). El índice de Kappa obtenido es del 0,59 con un IC al 95% entre 0,52 y 0,66 (p <0,001). La diferencia media de umbrales entre el PEAee y el PEATC es de −2,42 dB con una desviación estándar de 13,11 dB. Conclusión: Se obtiene un grado de relación y acuerdo moderado entre las pruebas, influido sobre todo por los pacientes con hipoacusia profunda. Los umbrales del PEAee son mayores que los del PEATC.

ABSTRACT Introduction: The advancement of hearing aid devices has led to the development of electrophysiological techniques for the diagnosis of hearing loss. Aim: To compare the thresholds of auditory brainstem response (ABR) with the auditory steady state response (ASSR) in hearing loss children. Material and method: A descriptive observational study of cases from 0 to 6 years of age with hearing loss, diagnosed by ABR and ASSR was performed. The Spearman correlation test is used to compare the threshold obtained for the V wave in the ABR and the average value recorded in 2 and 4 kHz in the ASSR. To know the concordance between the two tests, the Kappa index is used. Results: 89 ears were diagnosed with hearing loss, 23 with profound hearing loss. The Spearman's rho value is 0.64 (p <0.001). The Kappa index obtained is 0.59 with a 95% CI between 0.52 and 0.66 (p <0.001). The mean difference thresholds between the ASSR and the ABR is −2.42 dB with a standard deviation of 13.11 dB. Conclusion: A moderate relationship and agreement between the tests is obtained, influence especially in patients with profound hearing loss. The thresholds of ASSR are higher than those of ABR.

From substance fermentation to action potential in modern science (part two) / De la fermentación de sustancias al potencial de acción en la ciencia moderna (segunda parte)

Abstract Introduction: After conducting a bibliographical review on the works of various researchers at different times to explain the phenomenon of the transmission of nerve impulses, it is observed that since the eighteenth century, when modern science was born, scientific knowledge in the field of physiology had an accelerated development following the creation of new research techniques and the application of the scientific method. Thus, the philosophical theory of "animal spirits" led to the current concept of action potential, understood as a merely electrochemical phenomenon. Discussion: The establishment of the scientific method and the development of new research techniques led several researchers at different times to unravel the molecular mechanisms involved in the transmission of nerve impulses, which took two and a half centuries to reach the current concept about the origin of action potential. Conclusion: The notion "animal spirits" was valid for many centuries, while modern science took a little more than two centuries to understand the phenomenon of nerve impulse transmission.

Resumen Introducción. Después de una revisión bibliográfica sobre los trabajos de diversos investigadores en distintas épocas para explicar el fenómeno de la transmisión nerviosa, se observa que a partir del siglo XVIII, cuando surge la ciencia moderna, el conocimiento científico en el campo de la fisiología tuvo un desarrollo acelerado por la creación de nuevas técnicas de investigación y la aplicación del método científico. Así, de la teoría filosófica de los "espíritus animales" se llegó al concepto actual del potencial de acción, entendiéndose este como un fenómeno meramente electroquímico. Discusión. Con el establecimiento del método científico y el desarrollo de nuevas técnicas para la investigación, diversos investigadores en distintas épocas fueron desentrañando los mecanismos moleculares implicados en la transmisión de los impulsos nerviosos, por lo que solo bastaron dos siglos y medio para llegar al concepto actual sobre el origen del potencial de acción. Conclusión. La teoría filosófica de los espíritus animales perduró por muchos siglos, mientras que a la ciencia moderna le tomó poco más de dos siglos para entender el fenómeno de la transmisión nerviosa.

Principio del Todo o Nada ¿un concepto mal interpretado o un dogma equivocado? / All-or-nothing” principle: ¿misinterpreted concept or wrong dogma?

Objetivo: Demostrar, mediante un análisis teórico, que el concepto fisiológico principio del todo o nada que se aplica a las células excitables es una frase inadecuada y contradictoria, porque se presta a interpretaciones erróneas y desdibuja el fenómeno electrostático que subyace en los canales de Na+ activados por voltaje (Nav). Discusión: Los segmentos sensores de voltaje S4 de los canales de Na+ presentan residuos de arginina con carga positiva, que al interactuar con el medio interno se genera una repulsión eléctrica que provoca la apertura del poro del canal por donde ingresan los iones de sodio y despolarizan la membrana. Como lo anterior ocurre solamente cuando la membrana alcanza su nivel umbral, entonces la frase principio del todo o nada que figura en los textos clásicos de fisiología y en revistas indexadas es contradictoria y sin sentido. Conclusión: Puesto que es un fenómeno netamente eléctrico el que se desencadena cuando la membrana de la célula excitable alcanza una variación justa de voltaje (nivel umbral), proponemos que en lugar de seguir empleando la tradicional frase principio del todo o nada se use la frase efecto electrostático, por estar más acorde con los eventos moleculares y eléctricos que realmente acontecen en las membrana excitables…

Objective: its demostrate, through theoretical analysis, that the physiological conceptprinciple “all or none” that applies to excitable cells, is inadequate and contradictory phrase, because it lends itself to misinterpretation and electrostatic phenomenonblurs the channels underlying of voltage-gated Na+(Nav). Discussion: The segmentsvoltage sensors S4 of Na+channels present arginine residues with positive charge,which interact with the internal environment and generate electric repulsion caused bythe pore opening of the channel through which enters the sodium ions and depolarize membrane. As above occurs only when the membrane reaches a threshold level, then,the phrase “all or nothing” principle, in physiology classic texts and indexed journals is contradictory and meaningless. Conclusion: Since it is a purely electrical phenomenon which is triggered when the excitable cell membrane reaches a fair variation of voltage(threshold level), we propose that rather than continue to use the traditional phrase “allor nothing” principle, is used the phrase “electrostatic effect”, to be more consistent with the molecular and electrical events that actually occur in the excitable membrane.

Effects of Impaired ATP Production and Glucose Sensitivity on Human β-Cell Function: A Simulation Study / Efecto de Alteraciones en la Producción de ATP y la Sensibilidad a la Glucosa en el Funcionamiento de la Célula β Humana: un Estudio de Simulación

In this paper we used a mathematical model to explore the effects of impaired ATP production and glucose sensitivity on the electrical response and insulin secretion of human β-cells. The model was extended by the addition of explicit empirical equations that describe recent experimental observations, namely, the increase of ATP as a function of glucose concentration and the oscillations in ATP at high glucose levels. Simulations were performed at selected glucose concentrations from an oral glucose tolerance test in normal subjects to evaluate the response of the human β-cell in normal and pathological scenarios. Our simulations reproduced experimental observations, such as the impaired insulin secretion as a consequence of β-cell dysfunction and restoration of electrical activity by the use of a sulfonylurea. Our results suggest that both reduced glucose sensitivity and impaired ATP production could be related to the pathogenesis of type 2 diabetes.

En este artículo usamos un modelo matemático para explorar los efectos de alteraciones en la producción de ATP y sensibilidad a la glucosa en la respuesta eléctrica y la secreción de insulina en células β humanas. El modelo fue extendido al añadir ecuaciones empíricas explícitas que describen recientes observaciones experimentales, como el incremento en el ATP como función de la concentración de glucosa y las oscilaciones en el ATP a altos niveles de glucosa. Se realizaron simulaciones a niveles de glucosa alcanzados durante una prueba de tolerancia a la glucosa para evaluar la respuesta de la célula β humana en escenarios normales y patológicos. Nuestras simulaciones reprodujeron varias observaciones experimentales, tales como la secreción de insulina alterada como consecuencia de la disfunción de la célula β y la restauración de la actividad eléctrica al aplicar una sulfonilurea. Nuestros resultados sugieren que tanto una reducción en la sensibilidad a la glucosa como la alteración en la producción de ATP podrían estar relacionadas a la patogénesis de la diabetes tipo 2.

Data Exporter: A complementary tool to export data simulation from neuron / Data Exporter: Una herramienta complementaria para exportar datos obtenidos de simulaciones con neuron

Objectives: To develop a computational tool for NEURON simulation environment, user friendly, to store the results generated during simulation and to make subsequent analysis with other tools such as Matlab and IgorPRo Materials and Methods: Data Exporter was implemented in the programming language hoc. This algorithm is divided in 13 sections or blocks. The first section is necessary to edit in a new simulation. These new configuration determine the geometry, biophysic properties the neurons to simulate and path to save data. Results: To check the efficiency of the algorithm, we simulated the propagation of action potential in TRN(thalamic reticular nucleus) neuron in different large of simulation. We determine that the time of simulation is linear respect to time of simulation. Conclusions: Data Exporter makes easier to start to neural simulation in NEURON reducing the steps of programming to geometry and biophysical properties of the neuron and to allow save data to next steps of analysis.

Objetivos: Desarrollar una herramienta computacional en ambiente lenguaje de programación hoc de NEURON y de fácil uso, que permita el rápido almacenamiento de los resultados obtenidos para su posterior análisis en otros software tales como Matlab or IgorPro. Materiales y métodos: Para el desarrollo de Data Exporter se escribió un algoritmo en lenguaje de programación hoc de NEURON. El algoritmo, escrito en un único archivo de texto, esta dividido en 13 bloques, de los cuales solo el primero debe ser modificado para adaptarlo a una geometría y biofísica neuronal particular y para determinar la ruta de almacenamiento de los datos. Resultados: Se desarrollo un software que simula la propagación de potenciales de acción a través de geometrías neuronales complejas. El uso de esta herramienta permite el almacenamiento de los resultados obtenidos, como potenciales y corrientes de membrana en diferentes puntos de toda la neurona, sin incremento significativo en el tiempo para el desarrollo de los procesos. Conclusiones: Data Exporter es un software que le da mayor flexibilidad a NEURON facilitando el acceso a nuevos neurocientíficos, los cuales pueden usarlo con solo conocer los códigos necesarios para el desarrollo de los archivos relacionados con las propiedades geométricas y biofísicas neuronales.

Método de análisis de turns: Variables mas usadas

El análisis de turns es uno de los métodos de análisis cuantitativo del electromiograma que estudia, en particular, las características del patrón de interferencia. En el presente trabajo se realiza una revisión de los parámetros más utilizados con este método a nivel internacional.

The analysis of turns is one of the methods of quantitative analysis of the electrocardiogram that particularly studies the characteristics of the interference patterns. In this piece of work, a revisal is carried out on this method most used parameters, at an international level.