「刺激電極」の版間の差分

英語名：stimulating electrode

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　電気生理学実験において用いる刺激電極は、金属やガラス管などを用いて作製され、神経組織や筋組織などに電流あるいは電圧を与えることにより神経細胞や神経線維、筋線維などを興奮させるために使用される。刺激電極には、以下のような種類があって、それぞれに特徴があり、実験の目的に従って使い分ける。

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metal electrode

　針状あるいは棒状の金属を刺激装置（電気刺激装置や電気刺激装置に接続したアイソレータなど）に接続し、それを組織内や溶液内に刺入して、[[興奮性]]細胞や神経線維などを興奮させるために用いる電極である。よく使用される金属の種類としては、タングステン、ステンレス、白金、銀などがある。なお、銀を用いる場合は、神経線維などに直接接触すると神経に障害が起こることがあるので注意が必要である。多くの場合、効率的に局所を刺激するため、先端部分だけを露出させ、それ以外の部分はエナメルやパリレン、ビニールなどの絶縁体でコートするのが一般的である。最近では、先端をごく細く研磨し、適当な絶縁物質でコートされたものが市販されており、それらを適当に加工して用いることが多い。市販の電極は、先端のごく一部だけが露出されていることが多く、抵抗値は比較的高めに設定されているため、先端の一部分だけ絶縁物質をはがして使用するほうがよいことが多い。ただし、露出部分が広いと刺激しようとしている部分以外に大量の電流が流れてしまい、神経線維などを興奮させる効率が悪くなるだけでなく、アーティファクトがかなり大きくなってしまい、記録に支障が出ることがあるので注意が必要である。露出部が広くなり過ぎた場合には、マニキュアなどを用いて簡易的に露出部分を絶縁すると改善されることが多い。

monopolar electrode

　3か所以上の刺激部位を持つ電極を多極電極（multipolar electrode）と呼ぶ。多くの場合、個体の[[動物]]の脳内に刺入して固定することにより、適当な電極を組み合わせて対象とする神経部位を刺激する際に用いる。多くの電極（例えば、縦と横に8個ずつで計64個）を有する平面上の電極も市販されており、その上に脳スライス標本を固定して、適当な部位を刺激し、刺激電極以外の電極を記録電極として応答を記録するような機器も使用されている。

glass-pipet electrode

 

　先端を細くした中空のガラス管に神経伝達物質などの生理活性物質を充填し、それを神経細胞などの周辺に放出させて刺激するための電極である。pHを適当に調節して帯電させた神経伝達物質などをピペットの先端に充填し、それと反発する電位を電極にかけることにより、電気的な反発力によりピペットから神経伝達物質などを放出させて神経細胞などを興奮させる。このような方法を電気泳動法（electrophoresis）と呼ぶ。この際、ガラス管電極から神経伝達物質が漏出するのを防ぐために、阻止電流（braking current）を持続的に流しておく必要がある。このような操作を容易に行えるような機器が市販されているが、簡単な装置なので自作することも容易である。なお、前項で述べた2本ガラス管電極を用いると、一方の電極で細胞外電位を記録しながら、もう一方の電極から電気泳動により生理活性物質を放出して、記録している局所の神経細胞などを興奮させることもできるので、そのような操作が必要な実験では強力な武器となる。

　細胞内微小電極（intracellular microelectrode；いわゆるsharp electrode）を神経細胞内や神経線維内に刺入し、その電極を介して脱分極性の電流を注入することで、神経細胞などを興奮させることができ、これも広い意味での刺激電極と考えることができる。神経細胞に微小電極を刺入することは熟練すれば容易に行えるが、神経線維内に刺入するのには相当の熟練を要する。なお、市販されている増幅器によっては、膜電位を記録しながら電流を注入することができるものもあり、一本のガラス管電極で電位固定記録（voltage-clamp recording）を行えるものもあるが、最近は、[[パッチクランプ記録法]]（patch-clamp recording）が用いられることが圧倒的に多く、このような膜電位固定法はほとんど用いられなくなっているが、ホールセル記録でしばしば問題となる細胞内成分がピペット内に流れ出すという欠点がないのが特長である。

　[[パッチクランプ法]]を用いると、例えば、脳スライス標本において、[[軸索]]や樹状突起などに直接電極をパッチさせ、ホールセルモードで一本の神経突起を電気刺激することも行われるが、かなり高度な技術が要求される。また、[[パッチクランプ]]に必要なギガΩシールを作るのではなく、それよりも低い抵抗値を示すような緩いシールであるルースパッチ（loose patch）を形成し、細胞外電位刺激により一本の樹状突起や軸索を発火させることも可能である。