Биофизическая модель изменения сопротивления в периферическом нерве краба и коре головного мозга человека при нейрональной деполяризации, основанная на кабельной теории: значение для электрической импедансной томографии быстрой нейрональной активности в мозге

Электрическая импедансная томография (ЭИТ) — это метод медицинской визуализации, потенциально позволяющий отображать изменения сопротивления, возникающие при нейрональной деполяризации в головном мозге, с временным разрешением в миллисекундах и пространственным — в миллиметрах. Большинство биомедицинских исследований ЭИТ выполняют с током выше 10 кГц, поскольку это снижает импеданс электродов и, следовательно, инструментальный артефакт. Однако при такой частоте изменения импеданса во время нейрональной деполяризации незначительны. Чтобы оценить оптимальную частоту регистрации и определить требования к аппаратуре, мы смоделировали амплитуду и частотную зависимость этих изменений во время вызванной активности с использованием кабельной теории. Для электрических свойств и геометрии отростков клеток использовали опубликованные значения. Модель была скорректирована с учетом фильтрующего эффекта мембранной емкости и доли активных нейронов. При постоянном токе сопротивление уменьшается на 2,8% в нерве краба во время суммарного потенциала действия и на 0,6% (диапазон 0,06-1,7%) локально в коре головного мозга во время вызванной физиологической активности. Оба прогноза хорошо согласуются с независимыми экспериментальными данными. Это поддерживает представление о том, что истинная томографическая визуализация быстрой нейрональной активности в мозге возможна, по крайней мере первоначально — с использованием эпикортикальных электродов. Крайне важно проводить ее на низких частотах, ниже примерно 100 Гц, поскольку выше 1 кГц сигнал становится пренебрежимо малым.