ศักย์ไฟฟ้าเฉพาะที่ ( LFP ) คือสัญญาณไฟฟ้าชั่วคราวที่เกิดขึ้นในเส้นประสาทและเนื้อเยื่ออื่นๆ โดยกิจกรรมทางไฟฟ้าที่รวมกันและซิงโครนัสของเซลล์แต่ละเซลล์ (เช่น เซลล์ประสาท) ในเนื้อเยื่อนั้น LFP เป็นสัญญาณ "นอกเซลล์" หมายความว่ามันเกิดขึ้นจากความไม่สมดุลชั่วคราวของความเข้มข้นของไอออนในพื้นที่นอกเซลล์ ซึ่งเป็นผลมาจากกิจกรรมทางไฟฟ้าของเซลล์ LFP เป็น 'เฉพาะที่' เพราะถูกบันทึกโดยอิเล็กโทรดที่วางไว้ใกล้กับเซลล์ที่สร้างสัญญาณนั้น ตามกฎกำลังสองผกผัน อิเล็กโทรดดังกล่าวสามารถ 'มองเห็น' ศักย์ไฟฟ้าได้เฉพาะในรัศมีที่จำกัดในเชิงพื้นที่เท่านั้น ศักย์ไฟฟ้าเหล่านี้เกิดจากแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากการแยกประจุในพื้นที่นอกเซลล์ ซึ่งสร้างสนามไฟฟ้าเฉพาะที่ โดยทั่วไป LFP จะถูกบันทึกด้วยไมโครอิเล็กโทรด ที่มีความต้านทานสูง ซึ่งวางไว้ตรงกลางกลุ่มเซลล์ที่สร้างสัญญาณนั้น สามารถบันทึกได้ เช่น ผ่านไมโครอิเล็กโทรดที่วางไว้ในสมองของมนุษย์^{[ 1 ]}หรือสัตว์ หรือในสมองที่ตัดเป็นชิ้นบางๆในหลอดทดลอง

ในระหว่างการบันทึกศักยภาพสนามเฉพาะที่ จะมีการบันทึกสัญญาณโดยใช้ไมโครอิเล็กโทรดภายนอก เซลล์ ซึ่งวางห่างจากเซลล์ ประสาทเฉพาะที่แต่ละเซลล์มากพอ ที่จะป้องกันไม่ ให้ เซลล์ ใดเซลล์หนึ่ง ครอบงำสัญญาณทางสรีรวิทยาไฟฟ้า จากนั้นสัญญาณนี้จะถูกกรองความถี่ต่ำโดยตัดที่ประมาณ 300 Hzเพื่อให้ได้ศักยภาพสนามเฉพาะที่ (LFP) ซึ่งสามารถบันทึกทางอิเล็กทรอนิกส์หรือแสดงบนออสซิลโลสโคปเพื่อการวิเคราะห์ ความต้านทานต่ำและตำแหน่งของอิเล็กโทรดทำให้กิจกรรมของเซลล์ประสาทจำนวนมากมีส่วนร่วมในสัญญาณ สัญญาณที่ไม่ได้กรองสะท้อนถึงผลรวมของศักยภาพการกระทำจากเซลล์ภายในระยะประมาณ 50-350 μm จากปลายอิเล็กโทรด^{[ 2 ] [ 3 ]} และเหตุการณ์ไอออนิกที่ช้ากว่าจากระยะ 0.5–3 มม. จากปลายอิเล็กโทรด^{[ 4 ]}ตัวกรองความถี่ต่ำจะกำจัด ส่วนประกอบของ สไปค์ของสัญญาณและส่งผ่าน สัญญาณ ความถี่ ต่ำกว่า ซึ่งก็คือ LFP

โวลต์มิเตอร์หรือตัวแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิทัลที่เชื่อมต่อกับไมโครอิเล็กโทรดจะวัดความต่างศักย์ไฟฟ้า (วัดเป็นโวลต์ ) ระหว่างไมโครอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรดอ้างอิง ปลายด้านหนึ่งของอิเล็กโทรดอ้างอิงเชื่อมต่อกับโวลต์มิเตอร์เช่นกัน ในขณะที่ปลายอีกด้านหนึ่งวางอยู่ในตัวกลางที่ต่อเนื่องและมีองค์ประกอบเหมือนกับตัวกลางภายนอกเซลล์ ในของเหลว ธรรมดา ที่ไม่มีส่วนประกอบทางชีวภาพอยู่ จะมีการผันผวนเล็กน้อยในความต่างศักย์ที่วัดได้รอบจุดสมดุลซึ่งเรียกว่าสัญญาณรบกวนจากความร้อนเนื่องจากการเคลื่อนที่แบบสุ่มของไอออนในตัวกลางและอิเล็กตรอนในอิเล็กโทรด อย่างไรก็ตาม เมื่อวางในเนื้อเยื่อประสาทการเปิดช่องไอออนจะส่งผลให้เกิดการไหลสุทธิของไอออนเข้าสู่เซลล์จากตัวกลางภายนอกเซลล์ หรือออกจากเซลล์ไปยังตัวกลางภายนอกเซลล์ กระแสไฟฟ้าเฉพาะที่เหล่านี้ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่มากขึ้นในศักย์ไฟฟ้าระหว่างตัวกลางภายนอกเซลล์เฉพาะที่และภายในของอิเล็กโทรดบันทึก ดังนั้นสัญญาณที่บันทึกโดยรวมจึงแสดงถึงศักย์ที่เกิดจากผลรวมของกระแสไฟฟ้าเฉพาะที่ทั้งหมดบนพื้นผิวของอิเล็กโทรด

เชื่อกันว่าศักยภาพสนามเฉพาะที่แสดงถึงผลรวมของอินพุตไซแนปส์ในพื้นที่ที่สังเกตได้ ตรงกันข้ามกับสไปค์ซึ่งแสดงถึงเอาต์พุตจากพื้นที่นั้น ความผันผวนอย่างรวดเร็วส่วนใหญ่เกิดจากกระแสเข้าและออกสั้นๆ ของศักยภาพการกระทำ ในขณะที่ LFP ประกอบด้วยกระแสที่ต่อเนื่องมากขึ้นในเนื้อเยื่อที่สร้างขึ้นโดยกิจกรรมไซแนปส์ ( EPSCและIPSC ) ^{[ 6 ]}แบบจำลองที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูลแสดงให้เห็นความสัมพันธ์เชิงทำนายระหว่าง LFP และกิจกรรมสไปค์^{[ 7 ]}วิธีทั่วไปในการตรวจสอบการแกว่งของ LFP ที่นำไปสู่สไปค์คือการคำนวณค่าเฉลี่ยที่กระตุ้นด้วยสไปค์ (ดูรูป) ซึ่งทำหลังจากบันทึก (ออฟไลน์) โดยการตรวจจับสไปค์เป็นการเบี่ยงเบนลงอย่างรวดเร็ว ตัดส่วนเวลาโดยรอบสไปค์ (+/- 250 มิลลิวินาที) และหาค่าเฉลี่ยของร่องรอยที่จัดเรียงตามสไปค์สำหรับแต่ละจุดบันทึก^{[ 5 ]}อีกทางเลือกหนึ่ง สามารถกำจัดสไปค์ออกจากร่องรอยการบันทึกนอกเซลล์ได้โดยการกรองความถี่ต่ำ ซึ่งจะทำให้เห็น LFP

เซลล์ใดบ้างที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้าอย่างช้าๆ นั้น ขึ้นอยู่กับการจัดเรียงทางเรขาคณิตของเซลล์เหล่านั้นเอง ในบางเซลล์ เดนไดรต์จะหันไปในทิศทางหนึ่ง และโซมา จะหันไป ในอีกทิศทางหนึ่ง เช่นเซลล์รูปพีระมิดการจัดเรียงแบบนี้เรียกว่า การจัดเรียงทางเรขาคณิตแบบสนามเปิด เมื่อมีการกระตุ้นเดนไดรต์พร้อมกัน จะเกิด ไดโพล ที่แรงขึ้น ในเซลล์ที่เดนไดรต์เรียงตัวในแนวรัศมี มากกว่า ความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าระหว่างเดนไดรต์แต่ละอันกับโซมามักจะหักล้างกันเอง โดยเดนไดรต์ที่อยู่ตรงข้ามกันจะหักล้างกัน การจัดเรียงแบบนี้เรียกว่า การจัดเรียงทางเรขาคณิตแบบสนามปิด ดังนั้น ความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าสุทธิทั่วทั้งเซลล์เมื่อเดนไดรต์ถูกกระตุ้นพร้อมกันจึงมีค่าน้อยมาก ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงของศักย์ไฟฟ้าเฉพาะที่จึงแสดงถึงเหตุการณ์การกระตุ้นเดนไดรต์พร้อมกันในเซลล์ที่มีการจัดเรียงแบบสนามเปิด

การตีความ LFP ผ่านลักษณะของกิจกรรมของเซลล์ประสาทยังคงเป็นความท้าทาย อย่างน้อยที่สุด เป็นที่ชัดเจนว่าเซลล์ประสาทที่มีขนาดกะทัดรัดทางไฟฟ้าไม่ได้มีส่วนช่วยใน LFP ดังนั้น แบบจำลองขั้นต่ำสำหรับการคำนวณ LFP จึงเป็นแบบจำลองสองส่วน ตามแบบจำลองนี้ LFP ถูกกำหนดโดยกระแสที่ไหลระหว่างส่วนของเดนไดรต์และโซมาติก ส่วนประกอบของไซแนปส์ของกระแสนี้เป็นสัดส่วนโดยประมาณกับความแตกต่างระหว่างศักย์เยื่อหุ้มเซลล์ของเดนไดรต์และโซมาติก และรวมเข้ากับส่วนประกอบของการสไปค์^{[ 8 ]}

ส่วนหนึ่งของการกรองความถี่ต่ำที่ก่อให้เกิดศักยภาพสนามเฉพาะที่นั้นเกิดจากคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ซับซ้อนของพื้นที่นอกเซลล์^{[ 9 ]}ความจริงที่ว่าพื้นที่นอกเซลล์ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน และประกอบด้วยกลุ่มของ ของเหลว ที่มีการนำไฟฟ้า สูง และเยื่อหุ้มเซลล์ที่มีการนำไฟฟ้าต่ำและมีความจุ สามารถสร้างคุณสมบัติการกรองความถี่ต่ำที่รุนแรงได้ การแพร่กระจายของไอออนซึ่งมีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนแปลงศักยภาพของเยื่อหุ้มเซลล์ ยังสามารถทำหน้าที่เป็นตัวกรองความถี่ต่ำได้อีกด้วย

• กลไกของศักยภาพสนามเฉพาะที่ (Scholarpedia)