Las neuronas se excitan a través de un electrodo externo al pasar corriente a través de él. Una neurona en reposo está a -70 mV, necesita una carga adicional de alrededor de 15 mV para iniciar un potencial de acción. Pero el electrodo externo solo da electrones, que tienen carga negativa, ¿cómo pueden aumentar el potencial dentro de la neurona? ¿El electrodo proporciona carga al exterior de la membrana de la neurona?
El campo eléctrico de un electrodo externo provoca la apertura de los canales de sodio, lo que a su vez tiene el efecto de que los iones de sodio cargados positivamente viajen al interior del cuerpo celular e invoquen el cambio deseado en el potencial de membrana...
referencia: Simulation Neuronaler Netze [("Simulación de Redes Neuronales")] / Andreas Zell. - Bonn; París; Lectura, Misa [ua]: Addison-Wesley, 1994, primera edición
La corriente en las celdas es iónica y el movimiento de los electrones es insignificante. Sí, el aumento del potencial de membrana hasta el umbral específico provoca cambios en los canales, lo que provoca un pico. Veamos con más detalle cómo llegar a ese umbral, antes del cual se cierran los canales.
En la despolarización, el potencial de membrana aumenta, donde el potencial de membrana es una diferencia entre el voltaje dentro de la celda y el voltaje fuera de la celda (sigamos esta convención). En el caso más simple de microestimulación de CC extracelular con un cátodo monopolar, esto sería el resultado de una disminución del voltaje extracelular y un aumento del voltaje intracelular.
La corriente que pasa en el electrodo es negativa, esto disminuye el voltaje (extracelular), pero al tener menos disminución más lejos de la punta del electrodo. Por lo tanto, depende de la distancia a la celda: si la celda está demasiado lejos, entonces la corriente puede afectar de manera idéntica tanto a los voltajes extracelulares como intracelulares, sin afectar suficientemente su diferencia.
Sin embargo, con la distancia más cercana, también debemos considerar la resistencia de la membrana. Si es tan grande que el voltaje intracelular no se ve afectado directamente por la corriente, todavía obtendríamos diferentes voltajes extracelulares en diferentes lados alrededor de la celda (porque el cambio de voltaje depende de la distancia como se mencionó anteriormente, y la celda también podría ser lo suficientemente grande). En diferentes partes de la membrana, el voltaje extracelular sería diferente, pero el intracelular permanecería igual. La membrana intentará equilibrarse y aumentar su voltaje intracelular para promediar el potencial de membrana que se hizo diferente en diferentes lados por la aplicación de corriente.
Por otro lado, con poca resistencia de membrana, tanto el voltaje extracelular como el intracelular cambiarán casi de manera idéntica sin que sea necesario afectar su diferencia.
Por lo tanto, para una corriente dada y una distancia dada (y un tamaño de celda dado), necesitamos la resistencia de membrana "correcta" para que el cambio proporcionado por la aplicación actual sea diferente extracelular frente a intracelular. Debería haber un gradiente espacial en el voltaje extracelular, pero también un gradiente espacial más pequeño en el voltaje intracelular. Luego, una parte de la membrana se despolarizaría y otra se hiperpolarizaría.
Si hay un pequeño gradiente en el voltaje intracelular, incluso si hay un gradiente significativo en el voltaje extracelular, el potencial de membrana resultante no será lo suficientemente diferente a través de la membrana. Dado que en la práctica podemos controlar la corriente, y no el tamaño de la membrana, la resistencia y la distancia a ella, queremos control para no tener demasiada corriente (de lo contrario, tendremos muy poco gradiente intracelular debido al flujo de corriente a través del plasma celular), y no muy poca corriente (debido a la falta de flujo de corriente debido a la alta resistencia).