elektrofyysiologinen

Elektrofyysiologinen tutkimus käsittelee elimistön sähköisiä ilmiöitä ja niiden fysiologista merkitystä. Se kattaa sekä perusfysiologian että sovellukset, joissa mitataan ja analysoidaan sähköisiä signaaleja. Tärkeitä ilmiöitä ovat solujen toimintapotentiaalien synty ja muutokset, hermo- ja lihassolujen sähköinen toiminta sekä ionikanavien avautumisen aiheuttamat potentiaalimuutokset. Tutkimus voi olla in vivo tai in vitro ja voi olla ei-invasiivista tai invasiivista.

Yleisimmät mittausmenetelmät ovat elektroenkefalografia (EEG), elektromyografia (EMG) ja elektrokardiografia (EKG). Näillä mitataan aivojen, lihasryhmien ja sydämen sähköistä toimintaa sekä niiden vasteita ärsykkeisiin. Lisäksi käytetään elektroretinografiaa (ERG) näköaistin toiminnan arviointiin ja evokoidut vasteet -mittauksia aivojen vasteiden analysointiin. Kehittyneemmissä tutkimuksissa sovelletaan sisäsolujen toimintaa mittavia menetelmiä kuten patch-clamp-tekniikkaa ja mikroelektrodi-tallennusta.

Signaalit analysoidaan matemaattisilla ja tilastollisilla menetelmillä. Yleisiä ovat suodatus, spektrianalyysi ja ajallinen analyysi sekä piikkien lajittelu (spike sorting), jolla erotetaan yksittäisten neuronien toimintaa. Tutkimuksessa pyritään erottelemaan normaali ja poikkeava toiminta sekä ymmärtämään näiden prosessien välisiä yhteyksiä.

Sovellukset ulottuvat neurotieteistä ja kardiologiasta unilääketieteeseen sekä sensoristen järjestelmien tutkimukseen ja kliiniseen diagnostiikkaan. Elektrofyysiologiset menetelmät auttavat muun muassa epilepsian, rytmihäiriöiden sekä liikkeen ja kognition tutkimuksessa sekä näkö- ja kuulon toiminnan arvioinnissa.

Historia alkaa varhaisista kokeista Galvanin ja du Bois-Reymondin aikaan. Hodgkinin ja Huxleyn neuronimallinnus loi sähköisen toimintapotentiaalin ymmärryksen perustan. Moderni patch-clamp -tekniikka kehitettiin Neherin ja Sakmannin toimesta; heidät palkittiin 1991 Nobel-palkinnolla fysiologiassa tai lääketieteessä.