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Revista Mexicana de Ingeniería Biomédica • volumen XXVII • número 2 • Diciembre 200682

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ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN ORIGINALSOMIB

REVISTA MEXICANA DEINGENIERÍA BIOMÉDICA

Vol. XXVII, Núm. 2Diciembre 2006

pp 82 - 92

RESUMEN

El interés de la electrofisiología por estudiar las propiedades eléctri-cas de las neuronas radica en descubrir cómo se realiza la transfe-rencia y el almacenamiento de la información en el cerebro, mien-tras que el interés de la ingeniería busca utilizar a la neurona comoun patrón a imitar en la arquitectura de las computadoras y de lasredes neuronales. Existen diferentes técnicas para dilucidar las pro-piedades eléctricas de las neuronas así como la forma en la cual secomunican unas con otras. Las más comunes son las técnicas de: elregistro intracelular, el registro de campo, el registro en fijación decorriente y el registro en fijación de voltaje en célula entera. La ten-dencia comercial es la de desarrollar sistemas compuestos por hard-ware y software, con los cuales sólo es posible utilizar una de estastécnicas. Esta tendencia incrementa el costo de la investigación. Elproyecto presentado en este trabajo, llamado DENDRON, es unaherramienta flexible que se puede utilizar con todas las técnicasmencionadas. Cuenta con dos generadores de funciones y cuatrocanales de entrada, además de que permite realizar el análisis enlínea de distintos protocolos usados en la electrofisiología. Los datosadquiridos y los resultados de los análisis pueden ser almacenadosdirectamente en el disco duro. El diseño modular del software, haceque éste pueda adaptarse a los requerimientos específicos del usua-rio sin la necesidad de hacer modificaciones drásticas ni de adquirirequipo nuevo.

Palabras clave:Registros electrofisiológicos, instrumentación virtual, análisis en línea,diseño modular.

ABSTRACT

The electrophysiology interest in the electrical properties of neurons isbased on discover the way in which the brain stores and transfers theinformation, while the engineering interest tries to use the neuron as apattern for the creation of neural networks and computer design. The-re are different techniques for studying the neuronal intrinsic proper-ties as well as the form in which neurons establish connections bet-ween them. The more common are: the intracellular recording, thefield recording, and the voltage-clamp and current-clamp whole cellrecording techniques. There is a commercial tendency for develophardware and software systems, which only use one of these techni-ques, increasing the cost of basic research. The present project: ca-

Diseño modular de instrumentación virtual para lamanipulación y el análisis de señaleselectrofisiológicas

Lemus-Aguilar I.,* Bargas J.,*Tecuapetla F.,* Galárraga E.,*

Carrillo-Reid L.*

* Departamento de Biofísica,Instituto de Fisiología Celular,Universidad Nacional Autónoma deMéxico, México D.F., México.

Correspondencia:Carrillo-Reid L.Instituto de Fisiología Celular, UNAM.Departamento de Biofísica.PO Box 70-253, México D.F., 04510.Tel: 56 22 56 15.Fax: 56 22 57 47.E-mail: [email protected]

Artículo recibido: 11/agosto/2006Artículo aceptado: 27/noviembre/2006

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INTRODUCCIÓN

El estudio de las células, y sus relaciones dinámi-cas con el medio ambiente es el objetivo funda-mental de la biología experimental. Las células sen-sor ia les son los receptores de las señalesprocedentes del exterior y del interior del cuerpode los sistemas vivos pluricelulares. Las vías de con-ducción y los centros de descodificación que pro-cesan estas señales constan también de célulasespecializadas conocidas como células nerviosaso neuronas1.

Para conocer las propiedades eléctricas y fisioló-gicas de las neuronas se han desarrollado diversosmétodos electrofisiológicos tales como: el registrointracelular, el registro de campo, el registro unitarioextracelular, así como el registro en fijación de co-rriente y en fijación de voltaje de la célula entera2 ode regiones subcelulares tales como las terminalessinápticas o las dendritas. La importancia de enten-der la maquinaria fina de las neuronas, esto es, lascorrientes que dictan su comportamiento y la for-ma en la cual se conectan unas con otras, radicaen que ahora existe la posibilidad, gracias al desa-rrollo de supercomputadoras, de realizar modelosbiológicos más realistas del cerebro, lo cual nospermitirá comprender la función cerebral en condi-ciones normales y patológicas3.

El método de registro en célula entera sirve paramedir la actividad eléctrica intrínseca de las neuro-nas, es decir, los potenciales de acción o las dife-rentes corrientes transmembranales que se gene-ran en las células durante la actividad eléctrica oexcitabilidad. Para ello se utiliza una micropipeta devidrio que contiene una solución salina similar al lí-quido intracelular y un filamento de plata cubiertocon una capa de cloruro de plata que conectadicha solución con los instrumentos electrónicos. Lamicropipeta conecta a la neurona físicamente conel sistema de registro. Un preamplificador se encar-ga de acondicionar la señal biológica para que

pueda ser registrada de manera conveniente. Ésteestá conectado a un amplificador.

Los amplificadores que se utilizan comúnmenteen el registro electrofisiológico son comerciales. Hayamplificadores para realizar: fijación de voltaje, fija-ción de corriente4 o ambas. Cabe resaltar que los

lled DENDRON is a flexible tool that can be used with all the abovetechniques. It has two function generators and four input channels,even it allows the user to realize the on-line analysis of different proto-cols used commonly in electrophysiology. The acquired data andthe analysis results are stored in the hard disk. The modular design ofthe software makes it easy adaptable for specific user requirementswithout drastic modifications nor new hardware.

Key Words:Electrophysiological recordings, Virtual instrumentation, On-line analy-sis, Modular design.

Figura 1. Registro en célula entera. A. Fotografía de unaneurona mientras está siendo registrada. B. Representa-ción esquemática del método de registro: la punta de unapipeta de vidrio es puesta en contacto con la membranacelular, se aplica presión negativa con lo cual se obtieneun sello de alta resistencia entre la neurona y la micropipe-ta, finalmente al aplicar más succión se establece un con-tacto físico entre el sistema de registro y el interior de laneurona. C. Registro en fijación de corriente de una neuro-na de proyección del neoestriado de la rata. D. Protocolode estimulación utilizando la técnica de registro en célulaentera en fijación de corriente. E. Protocolo de estimula-ción utilizando la técnica de registro en célula entera enfijación de voltaje.

A B

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amplificadores de fijación de corriente o de fijaciónde voltaje sólo manejan comandos de voltaje, esdecir, las entradas que pueden recibir y las salidasque pueden generar son únicamente señales devoltaje, las cuales pueden ser interpretadas comocorrientes por medio de factores especificados porel fabricante. Por lo tanto siempre que se hable deinyección de corriente en el presente trabajo, esnecesario pensar en que se genera un comandode voltaje (por medio de un dispositivo externo co-nectado al amplificador) que el amplificador con-vierte a corriente; así mismo cuando se hable deregistro de corriente, habrá que tener en cuentaque el amplificador convierte dicha corriente en unaseñal de voltaje a través de un factor de salida.

Cuando las neuronas a registrar se mantienen enel tejido nervioso para preservar sus circuitos (e.g.,preparación de rebanadas de cerebro), es nece-sario el uso de la microscopia con iluminación infra-rroja e interferencia de fase para poder observarlasa través del tejido. Así, son visualizadas en un moni-tor por medio de una cámara de video acopladaal microscopio (Figura 1A). Con ayuda de un mani-pulador mecánico de precisión, la punta de la mi-cropipeta es acercada a la neurona hasta estar encontacto con su membrana. Aplicando presiónnegativa, el vidrio se adhiere a la membrana celu-lar hasta generar un sello de alta resistencia entre lamembrana y la micropipeta. Una vez que se ha rea-lizado el sello entre el electrodo y la neurona, seaplica más presión negativa para romper una pe-queña parte de la membrana con lo cual se obtie-ne comunicación directa con el líquido intracelular,esto es, el registro en célula entera. Es entoncescuando la neurona es estimulada por medio depulsos de corriente o comandos de voltaje paramedir su actividad electrofisiológica5 (Figura 1B).

Utilizando el método de fijación de corriente pue-de registrarse la actividad espontánea de una neu-rona (Figura 1C) o pueden aplicarse pulsos de co-rriente con una amplitud y una duración conocidaspara medir los cambios del potencial transmem-branal causado por las corrientes inyectadas (Figu-ra 1D). Este tipo de experimento permite conocerel comportamiento fisiológico de las neuronas.

En un experimento de fijación de voltaje se con-trola el potencial de membrana de la neurona y semide la corriente necesaria para mantener dichopotencial. También pueden aplicarse comandos devoltaje con una amplitud y una duración determi-nadas, con lo que se logran registrar las corrientesque se activan y pasan a través de la membranacelular a los diferentes voltajes de membrana (Figu-

ra 1E), denominadas corrientes dependientes devoltaje. Idealmente, la fijación de voltaje elimina lacorriente capacitiva generada por las propiedadesdieléctricas de la membrana celular, y permite ob-tener directamente las corrientes transmembrana-les que pasan por los canales iónicos situados en lamembrana de la neurona. La corriente que fluye esúnicamente proporcional a la conductancia de lamembrana, esto es, al número de canales activosen ese momento, por lo que se tiene un controlsobre la llave que determina la apertura y el cierrede los canales iónicos6. Esto permite dilucidar quécorrientes iónicas, subumbrales y supraumbralescontrolan el disparo y la actividad neuronal en con-diciones fisiológicas (Figuras 1C, D).

En muchos laboratorios que no cuentan con losrecursos necesarios para comprar un sistema deadquisición de datos comercial, los registros obte-nidos son desplegados en un osciloscopio de doscanales donde se muestran el potencial de mem-brana y las corrientes iónicas, respectivamente. Deesta forma pueden ser visualizadas las respuestasde las células ante los diferentes estímulos. Estosregistros generalmente son digitalizados y grabadosen cintas de video para su análisis posterior5.

Los instrumentos tradicionales como osciloscopioso generadores de funciones están diseñados úni-camente para realizar tareas específicas, debido aello los usuarios deben adaptarse a los parámetrosestablecidos y no tienen la oportunidad de exten-der o modificar las capacidades del sistema. Lasperillas y los botones del instrumento, los circuitosque lo forman, y las funciones disponibles son es-pecíficas para las características intrínsecas del apa-rato, además de que deben ser desarrollados com-ponentes costosos y tecnología especial paraconstruirlos, lo cual hace de ellos instrumentos ca-ros y de difícil adaptación.

En contraste, los instrumentos virtuales, basadosen las computadoras, pueden tomar ventaja de losbeneficios de las crecientes tecnologías incorpora-das al software y al hardware tales como la capaci-dad de almacenamiento de datos o la velocidadde procesamiento, incluyendo los nuevos sistemasoperativos con todas las opciones de comunica-ción e intercambio de datos. Aunado a ello, unaaplicación ejecutada en una computadora portátilpuede ser desplazada con gran facilidad7. Los ins-trumentos virtuales representan un gran avancedesde la instrumentación basada en hardware ha-cia la instrumentación basada en software, debidoa que esta última permite explotar todas las carac-terísticas de productividad, despliegue de datos y

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conectividad de las computadoras, además de quelos sistemas desarrollados satisfacen exactamentelas necesidades definidas por el usuario a diferen-cia de los instrumentos tradicionales que tienen fun-ciones establecidas por el vendedor.

El nuevo sistema, presentado en este trabajo,busca obtener un mejor uso de los recursos, asícomo tener un mejor control sobre las señales deestimulación y las respuestas adquiridas. Por otrolado, al sustituir el equipo usado comúnmente en laelectrofisiología se creará un sistema más flexible yeconómico que permitirá una adaptación más sen-cilla para satisfacer nuevos requerimientos, comoun mayor número de canales de entrada o la ge-neración de señales definidas por el usuario. Con elnuevo sistema se elimina el uso del osciloscopio, elgenerador de funciones, el digitalizador y la graba-dora de video, sustituyendo todos estos elementospor una computadora, un programa ejecutabledesarrollado con LabVIEW MR: llamado DENDRON, yuna tarjeta comercial de adquisición de datos.

Generalmente, el análisis de los datos adquiridosse realiza días después del experimento, cuandoya no es posible modificar ninguna condición. Unade las ventajas de DENDRON es la realización dedistintos tipos de análisis en línea, lo cual permiteconocer en el instante en que se lleva a cabo elexperimento si el protocolo utilizado es el óptimo.

Existen varios sistemas comerciales que se utilizanpara el registro electrofisiológico como: pClamp MR

y Brain wave MR, entre otros. Su costo oscila entre losocho y los veinte mil dólares, ya que es necesariocomprar software y hardware, además de que es-tán diseñados para utilizarse preferencialmente conuna determinada técnica de registro. Para el siste-ma implementado en el presente trabajo es nece-sario tener únicamente una computadora y adquirirla tarjeta de adquisición de datos, la cual tiene uncosto de mil quinientos dólares. El ambiente de pro-gramación en LabVIEW MR permite la creación deun programa ejecutable que puede ser instaladoen varios equipos sin la necesidad de comprar soft-ware para cada uno de ellos (DENDRON se pone ala disposición del lector siempre que no se utilicecon motivos comerciales).

MATERIAL Y MÉTODOS

En el sistema implementado se utilizan cuatro en-tradas analógicas configuradas en forma diferen-cial para adquirir los registros, dos salidas analógi-cas para generar funciones, una entrada de triggeranalógico para sincronizar la salida y la entrada de

datos, así como un contador para mandar la señalde sincronización8. Para el diseño de DENDRON seempleó la versión 6.1 de LabVIEW MR.

La tarjeta utilizada es la PCI–MIO–16E-4 de Na-tional instruments, la cual tiene las siguientes ca-racterísticas:

• Tasa de muestreo máxima de 500 kS/s para regis-tros de un solo canal o de 250 kS/s para adquisi-ción múltiple.

• Dieciséis entradas analógicas simples u 8 dife-renciales de 12 bits.

• Dos salidas analógicas de 12 bits.• Ocho líneas de entrada o salida digital.• Trigger analógico.• Trigger digital.• Dos contadores de 24 bits.• Rango de entrada y salida de ± 10 V.

El programa desarrollado puede ser utilizado encomputadoras que cuenten al menos con las si-guientes características:

• Procesador con una velocidad mayor a 500 MHz.• 250 MB o más de memoria RAM.• Resolución del monitor de 1024 X 768 Color Ver-

dadero (32 bits) o mayor.• Windows 98, 2000, Millenium, XP.• 2 GB o más de espacio disponible en el disco

duro.

El diagrama de bloques de DENDRON está for-mado principalmente por seis módulos (Figura 2):

• Configuración de las señales de entrada y sa-lida.

• Generadores de funciones.• Procesamiento de datos.• Despliegue de registros.• Almacenamiento de las señales adquiridas.• Análisis en línea.

El diseño modular de la instrumentación virtualrepresenta una herramienta flexible y de fácil adap-tación para las necesidades específicas de distin-tos usuarios, sin la necesidad de adquirir software ohardware; también permite realizar una adaptaciónsencilla hacia sistemas más complejos que involu-cren otros dispositivos que pueden ser controladosdesde la computadora7-9.

En el módulo de configuración de las señales deentrada y salida: se configuran los rangos de entra-da y salida de las señales analógicas, se seleccio-

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na el tipo de acoplamiento y la configuración deentrada para cada canal, se especifica la tasa demuestreo, se seleccionan los canales por los cua-les se realizarán los registros, y se escoge el conta-dor de salida que funcionará como señal de sincro-nización.

En el módulo de generadores de funciones seescogen los parámetros necesarios para especifi-car las características de las señales de estimula-ción. En este módulo se programaron las caracte-rísticas de dos generadores de funciones. Por mediodel primer canal se pueden enviar señales variablescomo rampas, funciones sinusoidales, pulsos rec-tangulares, otros protocolos usados en la electrofi-siología, así como archivos almacenados con for-mato de texto. Esta última característica permiteestimular a la neurona con cualquier protocolo di-señado por el usuario (e.g., simulando entradas si-nápticas o disparos neuronales). A través del segun-do canal es posible generar trenes de pulsosvariables, en donde se puede especificar el núme-ro de pulsos deseados, así como el ciclo de traba-jo de la señal.

En el módulo de procesamiento de datos, lasseñales recibidas son transferidas a una matriz deNxM. Donde N representa el número de puntos leí-dos y M es el número de canales adquiridos. Eneste módulo cada vector columna de la matriz esextraído como un arreglo numérico que contieneel registro de un solo canal. Esta transformación

permite manipular de una manera sencilla los regis-tros, además de que acondiciona a las señales paraque puedan ser desplegadas en el monitor, anali-zadas matemáticamente y almacenadas en el dis-co duro.

Para el despliegue de datos se programaron to-das las características principales de un oscilosco-pio común, de manera que la presentación de lasseñales puede ser modificada tanto en la escalade tiempo como en la escala de amplitud.

Después de que los datos han sido acondiciona-dos de manera óptima, es necesario almacenarlosen el disco duro para que puedan ser procesadospor programas especiales de análisis. Por medio delmódulo de almacenamiento de las señales adqui-ridas, las señales son guardadas, con formato detexto en un directorio específico que puede ser se-leccionado por el usuario. Los archivos tienen nom-bres distintos que siguen una secuencia numéricade manera que el orden de los registros pueda serdistinguido posteriormente.

Finalmente, con el módulo de análisis en línea esposible realizar curvas corriente-voltaje, así comocursos temporales de los potenciales sinápticos pro-vocados, los datos procesados pueden ser desple-gados y guardados en el disco duro, lo cual hacemás eficiente la realización y el diseño de los expe-rimentos.

Además de los módulos mencionados con an-terioridad el diagrama de bloques de la aplicación

Figura 2. Diagrama generaldel sistema de registro. Den-tro del rectángulo de líneaspunteadas se muestran losmódulos pr incipales deDENDRON.

Tejido

Calibración Sensor

Procesamiento analógico

Conversión analógica/digital

Configuración de señales

Conversión digital/analógica

Generadoresde funciones

Señalesde salida

Señalesde entrada

Procesamientode datos

Control deinstrumentos

Desplieguede registros

Almacenamientode señales

Análisisen línea

Operador

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final contiene algunos elementos necesarios parala correcta ejecución del programa, tales comoterminales que indican errores de lectura o escriturade datos e inconsistencias en la especificación delos parámetros.

La pantalla principal de la interfaz de DENDRON(Figura 3) está compuesta por tres bloques: genera-dores de funciones, osciloscopios virtuales y con-troles de configuración; a su vez en la parte supe-rior pueden encontrarse distintas pestañas (Figura 4)con las cuales se puede cambiar de pantalla pararealizar el análisis en línea así como para establecerla configuración de los parámetros de inicio de latarjeta de adquisición de datos (Figura 5).

En el bloque del generador de funciones se pue-de seleccionar el protocolo que será utilizado. En elprimer canal de salida las funciones disponibles hastael momento son: Rectangular, senoidal, rampa,triangular, histéresis, pasos +, pasos +, datos, estaúltima permite estimular con cualquier archivo detexto guardado en alguna unidad de almacena-miento (e.g., potenciales sinápticos o actividad

Figura 3. Pantalla principalde la interfaz del usuario.

Figura 4. Detalle del diagrama de bloques de la aplica-ción final donde se muestran las distintas pestañas quepermiten seleccionar una pantalla para realizar una fun-ción específica.

Figura 5. Detalle del diagrama de bloques de la aplicaciónfinal donde se muestra la pantalla para establecer la confi-guración de los parámetros de inicio de la tarjeta de adqui-sición de datos.

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neuronal registrada previamente), se puede selec-cionar la amplitud de las señales, la duración, elretardo, su inicio y el valor mínimo. En el segundocanal las funciones disponibles son: Tren y tren do-ble, en estos protocolos se puede modificar el nú-

mero de pulsos, la amplitud y retardo del tren, laduración del pulso, el intervalo de tiempo entre pul-sos y el intervalo de tiempo entre los trenes. Las fun-ciones generadas pueden ser modificadas o pue-den dejar de ser transmitidas sin la necesidad deapagar y reiniciar el programa (Figura 6).

En el bloque de los osciloscopios virtuales se pue-den visualizar de manera independiente el voltaje yla corriente de dos células diferentes, es posiblecambiar el nivel de DC, la fase de los registros, lasescalas de amplitud y tiempo y multiplicar por unescalar la magnitud del canal seleccionado, paraque las unidades de las señales registradas esténen una escala real (Figura 7). También es posiblevisualizar únicamente algún canal en particular, de-pendiendo del experimento que se realice, es de-cir, se pueden desplegar los cuatro canales adqui-ridos para el caso de un par de células, o solamentedos cuando se trata de una sola célula. Incluso esposible el despliegue de un solo canal para la rea-lización de registros de campo.

El bloque con los controles de la configuraciónpermite guardar o leer archivos de una ruta elegidapor el usuario, especificar la frecuencia de entraday salida de los datos, seleccionar el número demuestras que serán leídas y el número de muestrasque serán almacenadas en el disco duro así comodetener la ejecución del programa (Figura 8).Figura 6. Detalle de la interfaz del usuario donde se muestra

el bloque de los generadores de funciones.

Figura 7. Detalle de la interfaz del usuario donde se muestrala pantalla de uno de los osciloscopios virtuales.

Figura 8. Detalle de la interfaz del usuario donde se muestrael bloque de los controles de configuración.

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RESULTADOS

DENDRON constituye un sistema de adquisición yanálisis en línea de datos que cuenta con una inter-faz de usuario amigable. Una vez que el usuario seha familiarizado con la interfaz y con los paráme-

tros a utilizar, el tiempo empleado en el experimen-to y en el análisis de los datos se reduce considera-blemente.

DENDRON permite la visualización en línea de lascurvas corriente-voltaje. Las curvas corriente-voltaje(I-V) son gráficas que indican la relación entre elvoltaje o corriente aplicados como estímulo y lascorrientes o voltajes registrados como respuestas dela neurona registrada; dependiendo de la configu-ración del amplificador. Las curvas I-V proporcionaninformación sobre el comportamiento global de loscanales iónicos presentes en la membrana de lacélula2. En un experimento de este tipo se parte deuna situación control, en la cual la neurona se en-cuentra bajo ciertas condiciones iniciales y se ob-tiene la curva I-V para este estado. Luego, se apli-ca algún fármaco que promueve la apertura o elcierre de canales iónicos y se vuelve a realizar lacurva I-V. La comparación de ambas gráficas dainformación sobre el efecto global del fármaco enla membrana celular. El poder observar y grabar enlínea estos cambios, representa un ahorro de tiem-po, ya que por un lado no es necesario hacer esteanálisis posteriormente y por otro es posible cono-cer durante el experimento si los resultados son losesperados, de tal suerte que se hace más eficien-te el diseño de los experimentos.

La Figura 9 muestra la pantalla de DENDRONen donde se realiza el análisis en línea de lascurvas corriente-voltaje. En dicha pantalla elusuario puede indicar el intervalo de tiempo queserá graficado, así como el número de puntosa promediar, tanto para la célula 1 como parala célula 2.

Figura 9. Detalle de la in-terfaz del usuario donde semuestra la pantalla de aná-lisis en línea de las curvascorriente-voltaje.

Figura 10. Detalle de la interfaz del usuario donde se mues-tra un par de neuronas registradas simultáneamente. En laparte superior se muestran los potenciales de acción pro-vocados en la neurona presináptica, utilizando el métodode fijación de corriente. En la parte inferior se muestra elregistro en fijación de voltaje de las corrientes sinápticasprovocadas en la neurona postsináptica.

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El estudio de las conexiones entre dos neuronas(sinapsis) es la base para entender el funcionamien-to de las redes neuronales biológicas10. Para ello sepuede emplear el registro de pares de neuronascon la técnica de registro en célula entera tantoen fijación de corriente como en fijación de volta-je. En un experimento común en el cual se estudiala conexión entre dos neuronas se hace que la neu-rona presináptica, por medio de la aplicación depulsos rectangulares de corriente, genere poten-ciales de acción a una frecuencia determinada yse registran los potenciales sinápticos provocadosen la neurona postsináptica. La Figura 10 muestraun par de neuronas registradas simultáneamente,en donde pueden observarse los potenciales deacción generados en la neurona presináptica (mé-todo de fijación de corriente) y las respuestas in-ducidas, corrientes sinápticas, en la neurona post-sináptica (método de fijación de voltaje)11. DENDRONtambién permite realizar el análisis en línea delcurso temporal de los potenciales sinápticos pro-vocados, haciendo más eficiente el diseño delexperimento.

La Figura 11 muestra la interfaz gráfica en dondese lleva a cabo el análisis en línea de la variaciónen la amplitud de los eventos sinápticos provoca-dos. Se puede observar en la primera pantalla laamplitud del primero y segundo eventos. Para elloexisten controladores en donde el usuario puedeindicar el inicio y duración del intervalo donde exis-te un potencial sináptico. En la segunda pantallase observa el promedio del cociente entre un parde eventos sinápticos. El número de potenciales si-nápticos a promediar puede ser definido por el usua-

rio. Finalmente en la última pantalla se puede des-plegar la resistencia de entrada de la célula, locual permite saber si existe un efecto postsináptico(el valor de la resistencia es obtenido por medio deR = V/I donde V representa la amplitud de un pulsode voltaje aplicado a la célula, e I representa larespuesta de corriente generada a través del am-plificador).

Gracias a la utilización de la instrumentación vir-tual se tiene un control preciso sobre los paráme-tros de las señales generadas. También se puedenseleccionar los canales a desplegar y es posiblemodificar los protocolos de estimulación y la confi-guración de las señales de entrada sin la necesi-dad de detener el programa ni de reiniciarlo. Debi-do al análisis en línea se puede saber si losprotocolos utilizados son los óptimos, de tal suerteque se optimiza tanto el diseño como el tiempo delos experimentos.

Los registros son guardados directamente en undispositivo de almacenamiento (disco duro, memo-ria externa, etc.) con lo que se evita tener que re-producir nuevamente todo el experimento por me-dio de la videograbadora. Al tener los registrosalmacenados en archivos de texto es posible utili-zar distintos programas para la elaboración de grá-ficas tanto de los datos adquiridos, como de losanálisis realizados.

Debido al diseño modular de la instrumentaciónvirtual se tiene un ahorro considerable en equipo,tomando en cuenta sólo un arreglo experimental.Pero el ahorro es mucho mayor si se piensa en queel equipo comercial viene configurado con una lla-ve que permite usarlo en un solo arreglo. Nuestro

Figura 11. Detalle de la interfaz del usuario donde se muestra la pantalla en donde se realiza el análisis en línea de lavariación de los eventos sinápticos provocados (corrientes o voltajes). En la primera pantalla, se grafica la amplitud delprimero y segundo eventos sinápticos, durante la estimulación con pulsos pareados. En la segunda pantalla se observa elpromedio de diez puntos de la relación entre las amplitudes de los potenciales sinápticos provocados (segundo/primero).La tercera pantalla despliega la resistencia de entrada de la célula durante el experimento; lo que permite dilucidar si hayefectos postsinápticos.

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91Lemus-Aguilar I. y cols. Diseño modular de instrumentación virtual para la manipulación y el análisis de señales electrofisiológicas

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programa ejecutable puede usarse en muchos arre-glos simultáneamente sin violar derechos de autor,así es que el ahorro se va incrementando mientrasmás arreglos haya en un laboratorio. El sistema pue-de ser adaptado o extendido sin la necesidad deinvertir en equipo nuevo y sin hacer modificacionesdrásticas al software, es decir, se puede modificarel código añadiendo o quitando módulos sin tenerque reescribirlo o reorganizarlo completamente12.

El programa desarrollado ha sido utilizado y seencuentra operando con excelentes resultados envarios laboratorios de electrofisiología de distintasinstituciones de educación superior del país13-17.

No es necesario tener una versión instalada deLabVIEW MR para que DENDRON pueda ser utilizado,ya que se trata de un programa ejecutable. DEN-DRON se pone a la disposición del lector siempreque no se utilice con motivos comerciales.

DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES

La utilización de la instrumentación virtual no sóloasegura que las aplicaciones desarrolladas seránútiles en el futuro sino que también proporciona laflexibilidad para adaptar y extender el sistema de-pendiendo de los nuevos requerimientos del usua-rio y los cambios o actualizaciones en el equipo decómputo.

Al adquirir y analizar los datos directamente en lacomputadora se hace un uso más eficiente de losrecursos y del tiempo empleado en el experimen-to. Con la utilización de los sistemas antiguos esnecesario repetir todo el experimento para selec-cionar los mejores registros, en cambio al tener lasseñales almacenadas en el disco duro puede utili-zarse cualquier programa para su manipulación.

DENDRON puede ser utilizado con las técnicasde registro intracelular, registro extracelular, fijaciónde voltaje y fijación de corriente, sin embargo gra-cias a que dichos sistemas de registro compartenlas mismas características que un sistema de instru-mentación biomédica18, los campos de desarrolloy expansión son muy variados y no se necesitanadaptaciones drásticas ni costosas para la imple-mentación de diferentes sistemas.

El diseño modular representa grandes ventajas.En muchas ocasiones es necesario hacer proyec-tos elaborados que pueden ser resueltos en menortiempo si la aplicación es dividida en partes, estofacilita la detección de errores ya que es posibleprobar cada una de las unidades por separado.

El uso del programa desarrollado no está limita-do a una sola computadora, al ser un programa

ejecutable no es necesario tener alguna versión deLabVIEW MR para poder utilizarlo.

El objetivo a mediano plazo es el de expandirel sistema a ocho canales de registro y realizaranálisis matemáticos diversos durante la ejecucióndel programa, así como controlar a través de lacomputadora distintos dispositivos utilizados en elexperimento.

DENDRON puede ser utilizado en distintas áreasde las neurociencias, la fisiología y la farmacología,ya que los sistemas de instrumentación biomédicaconstan de módulos muy similares19. La utilizaciónde protocolos estándar, así como la posibilidad degeneración de nuevos protocolos y el análisis enlínea, hacen de DENDRON una herramienta nove-dosa, versátil y de bajo costo.

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