Auflösung des schnellen Schaltens bei Patch-Clamp Untersuchungen

Kapitel 6: Experimenteller Aufbau und Methoden
Niveaus auch mit einem Simplex nachgefittet werden. Hierzu muß die Anzahl der Kanäle
bekannt sein, und es besteht die Möglichkeit, daß sich der Fit bei schlechten Startwerten
verläuft. Daher wird die erste Methode (Fit-by-eye) vorgezogen, und dann im
Amplitudenhistogramm mit diesen Startwerten und mit dem Simplex (entwickelt von Nedler
und Mead, 1965; als Programm dargestellt von Caceci und Cacheris, 1984) verifiziert. Die
Nachkorrektur durch das Fitten ist zumeist sehr gering. Nachdem die Niveaus, ihre Anzahl
und die Standardabweichung bestimmt worden sind, wird die Zeitreihe durch den Hinkley-
Detektor ausgewertet (Abschnitt 6.9.2). Das ergibt die idealisierte Zeitreihe, die für die
Erstellung der Verweildauerhistogramme benötigt wird (Fig. 7.6, 7.7 und 7.8).
6.9.2 Die Rekonstruktion der Zeitreihe mit dem Hinkley-Detektor
Um die biophysikalischen Mechanismen des Schaltverhaltens eines Kanals mit Markov-
Modellen (Abschnitt 4.1) beschreiben zu können, muß mit Hilfe eines Algorithmus aus der
verrauschten Zeitreihe des Stroms durch die Membran (Fig. 6.4) eine ideale Zeitreihe (ohne
Rauschen) möglichst fehlerfrei rekonstruiert werden.
Der am häufigsten verwendete Algorithmus ist ein Tiefpaßfilter mit nachfolgendem
Schwellenwertdetektor, der für die Detektion eines Sprunges auf die halbe Sprunghöhe
eingestellt ist. Schultze und Draber (1993) führten den Hinkley-Detektor erster und höherer
Ordnung mit einem besseren Auflösungsvermögen in die Patch-Clamp-Analyse ein. Dies ist
für diese Arbeit eine entscheidende Voraussetzung, um den Nachweis der schnellen
Schaltvorgänge beim anomalen Molfraktionseffekt (Kapitel 3) mit Thallium im Kaliumkanal
zu erbringen. Somit wird der Hinkley-Detektor für diese Arbeit benutzt (Fig. 6.4).
Der Hinkley-Detektor benötigt wie alle anderen Detektoren für die Detektion eines
Sprunges zwischen zwei Niveaus die Anzahl und die Lage der Stromniveaus. Diese werden
mit Hilfe des Programms „day“ entweder aus dem Amplitudenhistogramm oder direkt durch
die visuelle Inspektion der Zeitreihe (Abschnitt 6.9.1) festgelegt. Der Algorithmus des
Hinkley-Detektors funktioniert so, daß aus den Meßpunkten der Zeitreihe zt ein Testwert gt
berechnet wird, der aus der Summe der vorherigen Testwerte g(t-1) und der Differenz des
Meßwertes vom Absprungsniveau et sowie dem Mittelwert p der Niveaus i und j entsteht und
schließlich diesen Testwert mit einer Schranke λ vergleicht (Schwellenwertdetektor) (Fig.
6.4). Bei negativen Testwerten wird er gleich Null gesetzt. Dadurch werden alle
vorhergehenden Werte nicht mehr berücksichtigt. Der Detektor bleibt immer „wach“ und es
treten keine unnötigen Verzögerungen der Sprungdetektion auf.
± ⎧ ± gt
−1
+ ( ± et
− p)
gt
= max⎨
⎩0
mit
g0 = 0
p = (µ1 - µ0) / 2
µ0: Absprungsniveau
µ1: Zielniveau
et = zt - µ0
± Sprung nach oben (+) bzw nach unten (-)
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(6.1)