Warum wird die Stimulation von Nervengewebe mit einem negativen Impuls als „kathodische“ Stimulation bezeichnet?

Per Definition ist die Kathode als der Anschluss definiert, durch den Strom ein polarisiertes Gerät verlässt . Aber im Zusammenhang mit Neuromodulation, wie z. B. Rückenmarkstimulation, Tiefenhirnstimulation, bezieht sich der "kathodische" Impuls auf einen negativen Stromimpuls, der Aktionspotentiale hervorruft. Ein negativer Strom ist per Definition ein Stromfluss, der in die Elektrode eintritt .

Kann jemand erklären, woher diese Terminologie kommt, und mir helfen, diesen offensichtlichen Widerspruch zu lösen? Es hat mich die letzten Jahre wahnsinnig gemacht.

Antworten (1)

Die Antwort auf Ihre (ausgezeichnete) Frage ist Definitionssache, die ihre Wurzeln im 18. Jahrhundert hat .

Eine Kathode ist die Elektrode, an der herkömmlicher positiver Strom eine Stromquelle verlässt. Konventioneller Strom ist aus historischen Gründen positiv. Um 1750 beschrieb Benjamin Franklin den Stromfluss zwischen Wolle und Wachs nach elektrostatischer Aufladung ersterer. Er definierte den Stromfluss als positiv, der von der Überschussseite (die er als positiv definierte) zur Stromsenke (als negativ definiert) fließt. Diese unglückliche Wahl wird manchmal als der Franklinsche Ansatz zur Elektrizität bezeichnet und wird heute noch häufig verwendet, um elektronische Schaltungen zu beschreiben, und wird als herkömmliche Flussnotation bezeichnet (Abb. 1) (Efron, 1960) .

konventionelle Strömung
Abb. 1. Franklinscher Ansatz: Der konventionelle Stromfluss, der heute noch für elektronische Schaltungen verwendet wird. Quelle: Alles über Schaltungen .

Erst später stellte sich heraus, dass der elektrische Strom aus negativ geladenen Teilchen, nämlich Elektronen, besteht. Die Arbeit von Luigi Galvani über die elektrische Stimulation in Froschmuskeln um 1780 und die Erfindung der elektrischen Batterie durch Alessandro Volta im Jahr 1800 führten schließlich zur Entdeckung des Elektrons im Jahr 1897, die JJ Thomson und seiner in Abb. 2. Wie die Abbildung zeigt, ist der wahre elektrische Stromfluss umgekehrt, nämlich ein Elektronenstromfließt von negativ nach positiv. Inzwischen hat sich aber bereits die Konvention etabliert, dass positiver Strom vom Pluspol (Kathode) zum Minuspol (Anode) fließt. Beachten Sie, dass dies für ein Entladegerät gilt. In einem Ladegerät wie der Batterie ist die Kathode negativ und die Anode wird als positiv angesehen.

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Abb. 2. Kathodenstrahl, der den Elektronenfluss zeigt. Quelle: TutorVista

Daher ist in einem anregenden (entladenden) Gerät die Kathode in Wahrheit negativ, weil sie die Quelle für negativen Strom (Elektronen) ist. Unter kathodischer Reizung versteht man also eine elektrische Reizung mit negativem Strom. Ein kathodischer Impuls ist daher die Injektion eines negativen Stromimpulses.

Referenz
- Efron. Chapman & Hall London, Reiterverlag New York (1960)

Danke dafür @Christiaan. Sie schreiben, dass der Pluspol die Anode ist, ist das ein Tippfehler (in allen meinen Elektronikkursen, bestätigt von Wikipedia, ist die Kathode der Pluspol)?. Ich verstehe aber was du meinst. Dies lässt mich vermuten, dass in der Biologie oder Neuromodulation die Kathode als der Anschluss definiert ist, durch den die "Ladung" das Gerät verlässt? In diesem Fall wäre es tatsächlich der Minuspol. In der Elektronik verwenden wir also im Grunde immer noch die herkömmliche Definition des Stromflusses, während wir in der Biologie eine genauere, ladungsbasierte Definition verwenden?
@Moppentapper Keine Sorge, und ja, es war ein Tippfehler - und korrigiert. Und ja, deine Kommentare sind richtig. In Bio wird die „reale“ Situation verwendet, weil es wichtig ist zu wissen, was wirklich in einer Vorbereitung passiert; negativer Strom hat oft entgegengesetzte Wirkungen gegenüber anodischer Stimulation.
Ausgezeichnet @Christiaan, vielen Dank. Es ist unglaublich, wie einfach Dinge verwirrend werden, wenn unterschiedliche Konventionen verwendet werden!
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