Войти
| Вызванный потенциал | |
|---|---|
| MeSH | D005071 |
| [редактировать в Викиданных ] | |
вызванный потенциал или вызванный ответ - это электрический потенциал в определенном паттерне, записанном с определенной части нервной системы, особенно мозг, человека или других животных после предъявления стимула, такого как световая вспышка или чистый тон. Различные типы потенциалов возникают в результате стимулов разной модальности и типов. ВП отличается от спонтанных потенциалов, обнаруживаемых электроэнцефалографией (ЭЭГ), электромиографией (ЭМГ) или другим электрофизиологическим методом регистрации. Такие потенциалы полезны для электродиагностики и мониторинга, которые включают обнаружение заболеваний и сенсорной дисфункции, связанной с приемом лекарств, и интраоперационный мониторинг целостности сенсорных путей.
Вызванный потенциал амплитуды, как правило, низкие, от менее микровольт до нескольких микровольт, по сравнению с десятками микровольт для ЭЭГ, милливольт для ЭМГ и часто близкими к 20 милливольт для ЭКГ. Для разрешения этих низкоамплитудных потенциалов на фоне текущих ЭЭГ, ЭКГ, ЭМГ и других биологических сигналов и окружающего шума обычно требуется сигнал с усреднением. Сигнал синхронизирован по времени со стимулом, и большая часть шума возникает случайным образом, что позволяет усреднить шум с усреднением повторяющихся ответов.
Сигналы могут быть записаны с кора головного мозга, ствол мозга, спинной мозг и периферические нервы. Обычно термин «вызванный потенциал» зарезервирован для ответов, включающих либо запись, либо стимуляцию структур центральной нервной системы. Таким образом, вызванные составные потенциалы двигательного действия (CMAP) или потенциалы действия сенсорных нервов (SNAP), используемые в исследованиях нервной проводимости (NCS), как правило, не считаются вызванными потенциалами, хотя они соответствуют приведенному выше определению.
Вызванный потенциал отличается от связанного с событием потенциала (ERP), хотя эти термины иногда используются как синонимы, поскольку ERP имеет более высокую задержку и связано с более высокой когнитивной обработкой.
Сенсорные вызванные потенциалы (SEP) регистрируются из центральной нервной системы после стимуляции органов чувств, например, визуальные вызванные потенциалы вызывают d мигающим светом или изменяющимся рисунком на мониторе, слуховыми вызванными потенциалами щелчком или тональным стимулом, представленным через наушники) или тактильным или соматосенсорным вызванным потенциалом (SSEP), вызванным тактильными или электрическая стимуляция сенсорного или смешанного нерва на периферии. Сенсорные вызванные потенциалы широко используются в клинической диагностике медицине с 1970-х годов, а также в интраоперационном нейрофизиологическом мониторинге (IONM), также известном как хирургическая нейрофизиология.
Существует три вида вызванных потенциалов, широко используемых в клинической практике: слуховые вызванные потенциалы, обычно регистрируемые на коже черепа, но возникающие на уровне ствола мозга ; зрительные вызванные потенциалы и соматосенсорные вызванные потенциалы, которые вызываются электрической стимуляцией периферического нерва. Примеры использования SEP включают:
Лонг и Аллен были первыми исследователями, которые сообщили об аномальных слуховых вызванных потенциалах ствола мозга (BAEP) у женщины-алкоголички, выздоровевшей от приобретенного синдрома центральной гиповентиляции. Эти исследователи выдвинули гипотезу, что ствол мозга их пациентки был отравлен, но не разрушен хроническим алкоголизмом.
Вызванный потенциал - это электрический ответ мозга на сенсорный стимул. Реган сконструировал аналоговый анализатор рядов Фурье для регистрации гармоник вызванного потенциала мерцающего (синусоидально модулированного) света. Вместо того, чтобы объединять синусоидальные и косинусоидальные произведения, Риган подавал сигналы на двухсторонний самописец через фильтры нижних частот. Это позволило ему продемонстрировать, что мозг достиг установившегося режима, в котором амплитуда и фаза гармоник (частотных компонентов) отклика были приблизительно постоянными во времени. По аналогии с установившимся откликом резонансного контура, который следует за начальным переходным откликом, он определил идеализированный установившийся вызванный потенциал (SSEP) как форму ответа на повторяющуюся сенсорную стимуляцию, в которой составляющие частотные компоненты отклика остаются постоянными. со временем как по амплитуде, так и по фазе. Хотя это определение подразумевает серию идентичных временных сигналов, более полезно определять SSEP в терминах частотных компонентов, которые являются альтернативным описанием формы сигнала во временной области, поскольку разные частотные компоненты могут иметь совершенно разные свойства. Например, свойства высокочастотного мерцания SSEP (пиковая амплитуда которого составляет около 40–50 Гц) соответствуют свойствам обнаруженных впоследствии крупноклеточных нейронов в сетчатке глаза обезьяны макака, а свойства среднечастотного мерцания SSEP (пик амплитуды которого находится около 15–20 Гц) соответствуют свойствам парвоцеллюлярных нейронов. Поскольку SSEP может быть полностью описан в терминах амплитуды и фазы каждой частотной составляющей, он может быть определен количественно более однозначно, чем усредненный переходный вызванный потенциал.
Иногда говорят, что SSEP вызываются только стимулами с высокой частотой повторения, но в целом это неверно. В принципе, стимул с синусоидальной модуляцией может вызвать SSEP, даже если частота его повторения мала. Из-за высокочастотного спада SSEP, высокочастотная стимуляция может давать форму волны SSEP, близкую к синусоидальной, но это не имеет отношения к определению SSEP. Используя масштабирование-БПФ для записи SSEP на теоретическом пределе спектрального разрешения ΔF (где ΔF в Гц является обратной величиной продолжительности записи в секундах), Реган и Реган обнаружили, что изменчивость амплитуды и фазы SSEP может быть достаточно малой, чтобы Полоса пропускания составляющих частотных компонентов SSEP может находиться на теоретическом пределе спектрального разрешения, по крайней мере, до продолжительности записи 500 секунд (в данном случае 0,002 Гц). Повторяющаяся сенсорная стимуляция вызывает устойчивую магнитную реакцию мозга, которую можно анализировать так же, как SSEP.
Этот метод позволяет использовать несколько (например, четыре) SSEP должны быть записаны одновременно из любого места на коже черепа. Различные места стимуляции или разные стимулы могут быть помечены немного разными частотами, которые практически идентичны мозгу, но легко разделяются анализаторами ряда Фурье. Например, когда два источника света без рисунка модулируются на немного разных частотах (F1 и F2) и накладываются друг на друга, в SSEP создаются несколько нелинейных компонентов кросс-модуляции с частотой (mF1 ± nF2), где m и n - целые числа. Эти компоненты позволяют исследовать нелинейную обработку в мозгу. При помощи частотной маркировки двух наложенных друг на друга решеток можно выделить и изучить свойства настройки пространственной частоты и ориентации механизмов мозга, обрабатывающих пространственную форму. Также могут быть помечены стимулы различных сенсорных модальностей. Например, визуальный стимул мигал с частотой Fv Гц, а одновременно подаваемый слуховой тон модулировался по амплитуде с частотой Fa Гц. Наличие компонента (2Fv + 2Fa) в вызванной магнитной реакции мозга продемонстрировало область аудиовизуальной конвергенции в человеческом мозге, и распределение этой реакции по голове позволило локализовать эту область мозга. В последнее время частотная маркировка была расширена от исследований сенсорной обработки до исследований избирательного внимания и сознания.
Метод развертки представляет собой гибридную частотную и временную области техника. График зависимости, например, амплитуды ответа от размера проверки на графике шаблона шахматной доски стимула может быть получен за 10 секунд, что намного быстрее, чем когда используется усреднение во временной области для записи вызванного потенциала для каждого из нескольких размеров проверки. В первоначальной демонстрации техники продукты синуса и косинуса пропускались через фильтры нижних частот (как при записи SSEP) при просмотре шаблона точных проверок, черные и белые квадраты менялись местами шесть раз в секунду. Затем размер квадратов постепенно увеличивали, чтобы получить график зависимости амплитуды вызванного потенциала от размера чека (отсюда «развертка»). Последующие авторы реализовали технику свипирования, используя компьютерное программное обеспечение для увеличения пространственной частоты решетки серией небольших шагов и для вычисления среднего значения во временной области для каждой дискретной пространственной частоты. Одной развертки может быть достаточно, или может потребоваться усреднение графиков, полученных за несколько разверток, с усреднением, запускаемым циклом развертки. Усреднение 16 разверток может улучшить отношение сигнал / шум графика в четыре раза. Метод развертки оказался полезным для измерения быстро адаптирующихся зрительных процессов, а также для записи у младенцев, когда продолжительность записи обязательно короткая. Норсия и Тайлер использовали эту технику, чтобы задокументировать развитие остроты зрения и контрастной чувствительности в первые годы жизни. Они подчеркнули, что при диагностике аномального зрительного развития, чем точнее нормы развития, тем резче можно отличить аномальное от нормального, и с этой целью документально подтвердили нормальное зрительное развитие у большой группы младенцев. В течение многих лет техника развертки используется в клиниках детской офтальмологии (электродиагностика ) по всему миру.
Этот метод позволяет SSEP напрямую управлять стимулом, который вызывает SSEP, без сознательного вмешательства подопытного. Например, скользящее среднее SSEP может быть выполнено так, чтобы увеличивать яркость стимула шахматной доски, если амплитуда SSEP падает ниже некоторого заранее определенного значения, и уменьшать яркость, если она поднимается выше этого значения. Затем амплитуда SSEP колеблется около этого заданного значения. Теперь длина волны (цвет) стимула постепенно изменяется. Полученный график зависимости яркости стимула от длины волны представляет собой график спектральной чувствительности зрительной системы.
Визуальный вызванный потенциал (ЗВП) - это вызванный потенциал, вызываемый световой вспышкой. или шаблонный стимул, который может быть использован для подтверждения повреждения зрительного пути, включая сетчатку, зрительный нерв, перекрест зрительного нерва, оптическое излучение и затылочная кора. Одно из приложений - измерение остроты зрения младенца. Электроды помещают на голову младенца над зрительной корой, и серое поле отображается попеременно с шахматной доской или решетчатым рисунком. Если поля или полосы флажка достаточно велики, чтобы их можно было обнаружить, генерируется VEP; в противном случае ничего не создается. Это объективный способ измерения остроты зрения младенца.
VEP может быть чувствительным к зрительным дисфункциям, которые не могут быть обнаружены только при физикальном обследовании или МРТ, даже если он не может указать на этиологию. VEP может быть аномальным при неврите зрительного нерва, оптической невропатии, демиелинизирующем заболевании, рассеянном склерозе, атаксии Фридрейха, дефицит витамина B12, нейросифилис, мигрень, ишемическая болезнь, опухоль, сдавливающая зрительный нерв, глазная гипертензия, глаукома, диабет, токсическая амблиопия, нейротоксичность алюминием, отравление марганцем, ретробульбарный неврит и повреждение головного мозга. Его можно использовать для исследования нарушений зрения у младенца на предмет аномальных зрительных путей, которые могут быть вызваны задержкой созревания.
Компонент P100 ответа VEP, который представляет собой положительный пик с задержкой около 100 мс, имеет большое клиническое значение. важность. Дисфункция зрительного пути кпереди от перекреста зрительных нервов может быть там, где ЗВП наиболее эффективны. Например, пациенты с острым тяжелым невритом зрительного нерва часто теряют ответ P100 или имеют сильно ослабленные ответы. Клиническое выздоровление и улучшение зрения приходят с восстановлением P100, но с ненормальным увеличением латентного периода, который продолжается бесконечно, и, следовательно, он может быть полезен как индикатор предыдущего или субклинического неврита зрительного нерва.
В 1934 году Адриан и Мэтью заметили потенциальные изменения затылочной ЭЭГ можно наблюдать при световой стимуляции. Циганек разработал первую номенклатуру затылочных компонентов ЭЭГ в 1961 году. В том же году Хирш и его коллеги зарегистрировали зрительный вызванный потенциал (ЗВП) в затылочной доле (внешнем и внутреннем) и обнаружили амплитуды, записанные вдоль калькариновой щели. были самыми крупными. В 1965 году Спельманн использовал стимуляцию в виде шахматной доски для описания человеческих VEP. Попытка локализовать структуры в первичном зрительном пути была завершена Шикла и его коллегами. Халлидей и его коллеги завершили первые клинические исследования с использованием VEP, зарегистрировав отсроченные VEP у пациента с ретробульбарным невритом в 1972 году. С 1970-х годов по сегодняшний день было проведено большое количество обширных исследований для улучшения процедур и теорий, и этот метод также был описан в
В настоящее время импульс рассеянного света используется редко из-за его высокой вариабельности внутри и между субъектами. Однако этот тип стимула полезно использовать при тестировании младенцев, животных или людей с плохой остротой зрения. В рисунках шахматной доски и решетки используются светлые и темные квадраты и полосы соответственно. Эти квадраты и полосы равны по размеру и отображаются по одному изображению на экране компьютера.
Размещение электродов чрезвычайно важно для получения хорошего отклика VEP без артефактов. В типичной (одноканальной) установке один электрод размещается на 2,5 см выше inion, а электрод сравнения размещается на Fz. Для более детального отклика можно разместить два дополнительных электрода на 2,5 см справа и слева от Oz.
Нормальный визуальный вызванный потенциал. Номенклатура VEP определяется с помощью заглавных букв, указывающих, является ли пик положительным (P) или отрицательным (N), за которым следует число, обозначающее среднее значение пиковая задержка для этой конкретной волны. Например, P100 - это волна с положительным пиком примерно через 100 мс после появления стимула. Средняя амплитуда волн VEP обычно составляет от 5 до 20 микровольт.
Нормальные значения зависят от используемого оборудования для стимуляции (импульс вспышки по сравнению с электронно-лучевой трубкой или жидкокристаллическим дисплеем, размером поля шахматной доски и т. Д.).
Некоторые специфические VEP:
Слуховой вызванный потенциал (AEP) можно использовать для отслеживания сигнала, генерируемого звуком, через восходящий слуховой путь. Вызванный потенциал генерируется в улитке, проходит через улитковый нерв, через улитковое ядро , верхний оливковый комплекс, латеральный лемниск, в нижний холмик в среднем мозге, на медиальное коленчатое тело и, наконец, в кору.
слуховые вызванные потенциалы (AEP) являются подклассом событийные потенциалы (ERP). ERP - это реакции мозга, привязанные ко времени к некоторому «событию», например, сенсорному стимулу, психическому событию (например, распознаванию целевого стимула) или пропуску стимула. Для AEP «событием» является звук. AEP (и ERP) - это очень маленькие потенциалы электрического напряжения, исходящие из мозга, записанные в коже черепа в ответ на слуховые стимулы, такие как различные тоны, звуки речи и т. Д.
Слуховые вызванные потенциалы ствола мозга представляют собой небольшие AEP, которые регистрируются в ответ на звуковой раздражитель от электродов, помещенных на кожу головы.
AEP служат для оценки функционирования слуховой системы и нейропластичности. Их можно использовать для диагностики нарушений обучаемости у детей, помогая в разработке индивидуальных образовательных программ для людей с проблемами слуха и / или познания.
Нормальный соматосенсорный вызванный потенциал (большеберцовый нерв). Соматосенсорные вызванные потенциалы (ССВП) - это ВП, зарегистрированные в головном или спинном мозге при многократной стимуляции периферического нерва. SSEP используются в нейромониторинге для оценки функции спинного мозга пациента во время операции. Они регистрируются путем стимуляции периферических нервов, чаще всего большеберцового нерва, срединного нерва или локтевого нерва, обычно с помощью электрического раздражителя. Затем регистрируется ответ от кожи головы.
пациента. Хотя стимулы, такие как прикосновение, вибрация и боль, могут использоваться для SSEP, электрические стимулы являются наиболее распространенными из-за простоты и надежности. SSEP может использоваться для прогноза у пациентов с тяжелой черепно-мозговой травмой. Поскольку SSEP с задержкой менее 50 мс относительно не зависит от сознания, при раннем использовании у пациента в коме он может надежно и эффективно предсказать исход. Например, пациенты, находящиеся в коме без двустороннего ответа, имеют 95% шанс не выйти из комы. Но следует с осторожностью анализировать результат. Например, усиление седативного эффекта и другие повреждения ЦНС, такие как спинной мозг, могут повлиять на SEP.
Из-за низкой амплитуды сигнала, когда он достигает черепа пациента, и относительно большого количества электрический шум, вызванный фоновой ЭЭГ, мышцами скальпа ЭМГ или электрическими устройствами в комнате, сигнал должен быть усреднен. Использование усреднения улучшает отношение сигнал / шум. Как правило, в операционной необходимо использовать более 100 и до 1000 средних значений для адекватного определения вызванного потенциала.
Двумя наиболее изученными аспектами SSEP являются амплитуда и задержка пиков. Наиболее преобладающие пики были изучены и названы в лабораториях. Каждой вершине присвоены буква и номер в названии. Например, N20 относится к отрицательному пику (N) на 20 мс. Этот пик регистрируется в коре головного мозга при стимуляции срединного нерва. Скорее всего, это соответствует сигналу, достигающему соматосенсорной коры. При использовании в интраоперационном мониторинге латентность и амплитуда пика относительно исходного уровня после интубации пациента является важной информацией. Резкое увеличение латентного периода или уменьшение амплитуды являются индикаторами неврологической дисфункции.
. Во время операции большие количества используемых анестетиков газов могут влиять на амплитуду и латентность SSEP. Любой из галогенированных агентов или закиси азота будет увеличивать латентность и уменьшать амплитуду ответов, иногда до такой степени, что ответ больше не может быть обнаружен. По этой причине обычно используется анестетик, в котором используется меньше галогенированного агента и больше внутривенных снотворных и наркотических средств.
Обычные SSEP контролируют функционирование той части соматосенсорной системы, которая участвует в таких ощущениях, как прикосновение и вибрация. Часть соматосенсорной системы, которая передает сигналы боли и температуры, контролируется с помощью вызванных лазером потенциалов (LEP). LEP вызываются воздействием тонко сфокусированного, быстро поднимающегося тепла на голую кожу с помощью лазера. В центральной нервной системе они могут обнаружить повреждение спиноталамического тракта, бокового ствола мозга и волокон, несущих болевые и температурные сигналы от таламуса до кора. В периферической нервной системе сигналы боли и тепла передаются по тонким (C и A-дельта ) волокнам к спинному мозгу, и LEP могут использоваться для определения наличия невропатии. располагается в этих мелких волокнах, а не в более крупных (прикосновение, вибрация).
Соматосенсорные вызванные потенциалы обеспечивают мониторинг дорсальных столбов спинного мозга. Сенсорные вызванные потенциалы также могут использоваться во время операций, которые подвергают риску структуры мозга. Они эффективно используются для определения ишемии коры головного мозга во время операций каротидной эндартерэктомии и для картирования сенсорных областей мозга во время операций на головном мозге.
Электрическая стимуляция кожи головы может вызвать электрический ток в головном мозге, который активирует двигательные пути пирамидных путей. Этот метод известен как мониторинг транскраниального электродвигательного потенциала (TcMEP). Этот метод эффективно оценивает двигательные пути в центральной нервной системе во время операций, которые подвергают эти структуры риску. Эти двигательные пути, включая боковой кортикоспинальный тракт, расположены в боковых и вентральных канатиках спинного мозга. Поскольку вентральный и спинной спинной мозг имеют раздельное кровоснабжение с очень ограниченным коллатеральным потоком, синдром переднего спинного мозга (паралич или парез с некоторой сохраненной сенсорной функцией) является возможным хирургическим осложнением, поэтому важно иметь мониторинг, специфичный для двигательных путей, поскольку а также мониторинг спинной колонны.
Транскраниальная магнитная стимуляция по сравнению с электростимуляцией обычно считается непригодной для интраоперационного мониторинга, поскольку она более чувствительна к анестезии. Электростимуляция слишком болезненна для клинического использования у бодрствующих пациентов. Таким образом, эти два метода дополняют друг друга: электрическая стимуляция является выбором для интраоперационного мониторинга, а магнитная - для клинического применения.
Моторные вызванные потенциалы (МВП) регистрируются в мышцах после прямой стимуляции открытой моторной коры или транскраниальной стимуляции моторной коры, магнитной или электрической. Транскраниальный магнитный MEP (TCmMEP) потенциально может применяться в клинической диагностике. Транскраниальный электрический MEP (TCeMEP) широко используется в течение нескольких лет для интраоперационного мониторинга функциональной целостности пирамидного тракта.
В течение 1990-х годов предпринимались попытки отслеживать «моторные вызванные потенциалы», включая «нейрогенные моторные вызванные потенциалы», записанные с периферических нервов после прямой электростимуляции спинного мозга. Стало ясно, что эти «моторные» потенциалы почти полностью были вызваны антидромной стимуляцией сенсорных трактов - даже когда запись велась с мышц (антидромная стимуляция сенсорных трактов запускает миогенные реакции через синапсы на уровне входа корня). TCMEP, электрический или магнитный, является наиболее практичным способом обеспечения чистых моторных ответов, поскольку стимуляция сенсорной коры не может привести к нисходящим импульсам за пределами первого синапса (синапсы не могут иметь обратный эффект).
ТМС -индуцированные МВП использовались во многих экспериментах в когнитивной нейробиологии. Поскольку амплитуда МВП коррелирует с двигательной возбудимостью, они предлагают количественный способ проверить роль различных типов воздействия на двигательную систему (фармакологические, поведенческие, патологические и т. Д.). Таким образом, TMS-индуцированные MEP могут служить показателем скрытой моторной подготовки или фасилитации, например, индуцированной системой зеркального нейрона при наблюдении за чужими действиями. Кроме того, MEP используются в качестве ориентира для регулировки интенсивности стимуляции, которая должна быть доставлена с помощью TMS, при воздействии на области коры, ответ которых может быть не так легко измерить, например, в контексте терапии на основе TMS.
|
