Вызванный потенциал или вызванный ответ — это электрический потенциал в определенном паттерне, записанный с определенной части нервной системы , особенно мозга , человека или других животных после предъявления стимула, такого как вспышка света или чистый тон . Различные типы потенциалов возникают в результате стимулов различных модальностей и типов. [1] Вызванный потенциал отличается от спонтанных потенциалов, обнаруживаемых с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ), электромиографии (ЭМГ) или другого электрофизиологического метода регистрации. Такие потенциалы полезны для электродиагностики и мониторинга , которые включают обнаружение заболеваний и сенсорной дисфункции, связанной с приемом лекарств, а также интраоперационного мониторинга целостности сенсорных путей. [2]
Амплитуды вызванных потенциалов , как правило, низкие, в диапазоне от менее микровольта до нескольких микровольт, по сравнению с десятками микровольт для ЭЭГ, милливольтами для ЭМГ и часто близкими к 20 милливольтам для ЭКГ . Чтобы разрешить эти низкоамплитудные потенциалы на фоне текущих ЭЭГ, ЭКГ, ЭМГ и других биологических сигналов и окружающего шума, обычно требуется усреднение сигнала . Сигнал привязан по времени к стимулу, и большая часть шума возникает случайным образом, что позволяет усреднить шум с помощью усреднения повторных ответов. [3]
Сигналы могут быть зарегистрированы из коры головного мозга , ствола мозга , спинного мозга , периферических нервов и мышц . Обычно термин «вызванный потенциал» зарезервирован для ответов, включающих либо запись, либо стимуляцию структур центральной нервной системы. Таким образом, вызванные составные двигательные потенциалы действия (CMAP) или сенсорные нервные потенциалы действия (SNAP), используемые в исследованиях нервной проводимости (NCS), как правило, не считаются вызванными потенциалами, хотя они соответствуют приведенному выше определению.
Вызванный потенциал отличается от потенциала, связанного с событиями (ERP), хотя эти термины иногда используются как синонимы, поскольку ERP имеет более высокую латентность и связан с более высокой когнитивной обработкой. [1] [4] Вызванные потенциалы в основном классифицируются по типу стимула: соматосенсорный, слуховой, зрительный. Но их также можно классифицировать по частоте стимула, латентности волн, источнику потенциала, местоположению и отводу.
Вызванный потенциал — это электрическая реакция мозга на сенсорный стимул. Риган сконструировал аналоговый анализатор рядов Фурье для записи гармоник вызванного потенциала мерцающего (синусоидально модулированного) света. Вместо того чтобы интегрировать синусоидальные и косинусные продукты, Риган подавал сигналы на двухперьевой самописец через фильтры нижних частот. [5] Это позволило ему продемонстрировать, что мозг достигает стационарного режима, в котором амплитуда и фаза гармоник (частотных компонентов) ответа были приблизительно постоянными с течением времени. По аналогии с стационарным ответом резонансного контура, который следует за начальным переходным ответом, он определил идеализированный стационарный вызванный потенциал (SSEP) как форму ответа на повторяющуюся сенсорную стимуляцию, в которой составляющие частотные компоненты ответа остаются постоянными с течением времени как по амплитуде, так и по фазе. [5] [6] Хотя это определение подразумевает серию идентичных временных волновых форм, более полезно определить SSEP в терминах частотных компонентов, которые являются альтернативным описанием временной волновой формы, поскольку различные частотные компоненты могут иметь совершенно разные свойства. [6] [7] Например, свойства высокочастотного мерцающего SSEP (пиковая амплитуда которого составляет около 40–50 Гц) соответствуют свойствам впоследствии обнаруженных магноцеллюлярных нейронов в сетчатке макаки, в то время как свойства среднечастотного мерцающего SSEP (пиковая амплитуда которого составляет около 15–20 Гц) соответствуют свойствам парвоцеллюлярных нейронов. [8] Поскольку SSEP можно полностью описать в терминах амплитуды и фазы каждого частотного компонента, его можно количественно оценить более однозначно, чем усредненный транзитный вызванный потенциал.
Иногда говорят, что SSEP вызываются только стимулами с высокой частотой повторения, но это не совсем верно. В принципе, синусоидально модулированный стимул может вызывать SSEP даже при низкой частоте повторения. Из-за высокочастотного спада SSEP высокочастотная стимуляция может производить близкую к синусоидальной форму волны SSEP, но это не относится к определению SSEP. Используя зум-БПФ для записи SSEP на теоретическом пределе спектрального разрешения ΔF (где ΔF в Гц является обратной величиной длительности записи в секундах), Реган и Реган обнаружили, что амплитудная и фазовая изменчивость SSEP может быть достаточно малой, чтобы полоса пропускания составляющих частотных компонентов SSEP могла находиться на теоретическом пределе спектрального разрешения вплоть до длительности записи не менее 500 секунд (в данном случае 0,002 Гц). [9] Повторяющаяся сенсорная стимуляция вызывает устойчивую магнитную реакцию мозга, которую можно анализировать так же, как и SSEP. [7]
Эта техника позволяет одновременно регистрировать несколько (например, четыре) SSEP из любого заданного места на коже черепа. [10] Различные места стимуляции или различные стимулы могут быть помечены слегка отличающимися частотами, которые практически идентичны мозгу, но легко разделяются анализаторами рядов Фурье. [10] Например, когда два неструктурированных источника света модулируются на слегка отличающихся частотах (F1 и F2) и накладываются, в SSEP создаются множественные нелинейные компоненты кросс-модуляции частоты (mF1 ± nF2), где m и n — целые числа. [7] Эти компоненты позволяют исследовать нелинейную обработку в мозге. С помощью частотной маркировки двух наложенных решеток можно выделить и изучить свойства настройки пространственной частоты и ориентации механизмов мозга, которые обрабатывают пространственную форму. [11] [12] Также можно пометить стимулы различных сенсорных модальностей. Например, визуальный стимул мерцал на частоте Fv Гц, а одновременно предъявленный слуховой тон был амплитудно модулирован на частоте Fa Гц. Существование компонента (2Fv + 2Fa) в вызванном магнитном ответе мозга продемонстрировало наличие аудиовизуальной области конвергенции в мозге человека, а распределение этого ответа по голове позволило локализовать эту область мозга. [13] Совсем недавно частотная маркировка была расширена от исследований сенсорной обработки до исследований избирательного внимания [14] и сознания. [15]
Метод развертки представляет собой гибридный метод частотной/временной области. [16] Например, график амплитуды ответа в зависимости от размера чека на графике шахматной доски стимула можно получить за 10 секунд, что намного быстрее, чем при использовании усреднения во временной области для записи вызванного потенциала для каждого из нескольких размеров чека. [16] В первоначальной демонстрации метода синусоидальные и косинусные продукты подавались через фильтры нижних частот (как при записи SSEP) при просмотре рисунка мелких чеков, черные и белые квадраты которых менялись местами шесть раз в секунду. Затем размер квадратов постепенно увеличивался, чтобы получить график амплитуды вызванного потенциала в зависимости от размера чека (отсюда и «развертка»). Последующие авторы реализовали метод развертки, используя компьютерное программное обеспечение для увеличения пространственной частоты решетки в серии небольших шагов и для вычисления среднего значения во временной области для каждой дискретной пространственной частоты. [17] [18] Однократной развертки может быть достаточно, или может потребоваться усреднить графики, полученные в ходе нескольких разверток, с усреднителем, запускаемым циклом развертки. [19] Усреднение 16 разверток может улучшить отношение сигнал/шум графика в четыре раза. [19] Метод развертки оказался полезным при измерении быстро адаптирующихся зрительных процессов [20] , а также для записи у младенцев, где продолжительность записи обязательно коротка. Норсия и Тайлер использовали этот метод для документирования развития остроты зрения [17] [21] и контрастной чувствительности [22] в течение первых лет жизни. Они подчеркнули, что при диагностике аномального развития зрения, чем точнее нормы развития, тем резче можно отличить аномальное от нормального, и с этой целью документировали нормальное развитие зрения у большой группы младенцев. [17] [21] [22] В течение многих лет метод развертки использовался в клиниках детской офтальмологии ( электродиагностики ) по всему миру.
Эта техника позволяет SSEP напрямую контролировать стимул, который вызывает SSEP, без сознательного вмешательства экспериментального субъекта. [5] [19] Например, бегущее среднее SSEP может быть настроено на увеличение яркости шахматного стимула, если амплитуда SSEP падает ниже некоторого предопределенного значения, и на уменьшение яркости, если она поднимается выше этого значения. Затем амплитуда SSEP колеблется около этого предопределенного значения. Теперь длина волны (цвет) стимула постепенно изменяется. Результирующий график яркости стимула в зависимости от длины волны представляет собой график спектральной чувствительности зрительной системы. [6] [19]
Сенсорные вызванные потенциалы (СВП) регистрируются в центральной нервной системе после стимуляции органов чувств , например, зрительные вызванные потенциалы, вызванные мигающим светом или изменяющимся рисунком на мониторе, [23] слуховые вызванные потенциалы, вызванные щелчком или тоновым стимулом, предъявляемым через наушники), или тактильные или соматосенсорные вызванные потенциалы (ССВП), вызванные тактильной или электрической стимуляцией сенсорного или смешанного нерва на периферии . Сенсорные вызванные потенциалы широко используются в клинической диагностической медицине с 1970-х годов, а также в интраоперационном нейрофизиологическом мониторинге (ИОНМ), также известном как хирургическая нейрофизиология.
Существует три вида вызванных потенциалов, широко используемых в клинической практике: слуховые вызванные потенциалы, обычно регистрируемые с кожи головы, но возникающие на уровне ствола мозга ; зрительные вызванные потенциалы и соматосенсорные вызванные потенциалы , которые вызываются электрической стимуляцией периферического нерва. Примеры использования SEP включают: [4]
Лонг и Аллен [24] были первыми исследователями, которые сообщили об аномальных слуховых вызванных потенциалах ствола мозга (BAEP) у женщины-алкоголички, которая выздоровела от приобретенного синдрома центральной гиповентиляции . Эти исследователи предположили, что ствол мозга их пациентки был отравлен, но не разрушен ее хроническим алкоголизмом.
Визуальный вызванный потенциал (ВВП) — это вызванный потенциал, вызванный предъявлением световой вспышки или шаблонного стимула, который может быть использован для подтверждения повреждения зрительного пути [25] , включая сетчатку , зрительный нерв , зрительный перекрест , зрительные излучения и затылочную кору . [26] Одним из применений является измерение остроты зрения младенца. Электроды размещаются на голове младенца над зрительной корой , и серое поле попеременно с шахматным или решетчатым рисунком. Если клетки или полосы шахматной доски достаточно велики для обнаружения, генерируется ВВП; в противном случае ничего не генерируется. Это объективный способ измерения остроты зрения младенца. [27]
ЗВП может быть чувствителен к зрительным дисфункциям, которые не могут быть обнаружены только при физическом осмотре или МРТ, даже если он не может указать этиологию. [26] ЗВП может быть ненормальным при неврите зрительного нерва , оптической нейропатии , демиелинизирующем заболевании , рассеянном склерозе , атаксии Фридрейха , дефиците витамина B12 , нейросифилисе , мигрени , ишемической болезни, опухоли, сдавливающей зрительный нерв, глазной гипертензии , глаукоме , диабете , токсической амблиопии , алюминиевой нейротоксичности, интоксикации марганцем , ретробульбарном неврите и травме головного мозга . [28] Его можно использовать для изучения нарушений зрения у младенцев на предмет аномальных зрительных путей, которые могут быть вызваны задержкой созревания. [26]
Компонент P100 ответа ЗВЭП, который является положительным пиком с задержкой около 100 мс, имеет важное клиническое значение. Дисфункция зрительного пути спереди от зрительного перекреста, возможно, является тем местом, где ЗВЭП наиболее полезны. Например, пациенты с острым тяжелым невритом зрительного нерва часто теряют ответ P100 или имеют сильно ослабленные ответы. Клиническое выздоровление и улучшение зрения происходят с восстановлением P100, но с аномально увеличенной задержкой, которая продолжается неопределенно долго, и, следовательно, он может быть полезен в качестве индикатора предшествующего или субклинического неврита зрительного нерва. [29]
В 1934 году Адриан и Мэтью заметили, что потенциальные изменения затылочной ЭЭГ можно наблюдать при стимуляции светом. Циганек разработал первую номенклатуру для затылочных компонентов ЭЭГ в 1961 году. В том же году Хирш и его коллеги записали зрительный вызванный потенциал (ЗВП) на затылочной доле (внешней и внутренней), и они обнаружили, что амплитуды, зарегистрированные вдоль шпорной борозды, были самыми большими. В 1965 году Шпельманн использовал стимуляцию шахматной доской для описания человеческих ЗВП. Попытка локализовать структуры в первичном зрительном пути была завершена Шиклой и его коллегами. Халлидей и его коллеги завершили первые клинические исследования с использованием ЗВП, записав отсроченные ЗВП у пациента с ретробульбарным невритом в 1972 году. С 1970-х годов по сегодняшний день было проведено множество обширных исследований по улучшению процедур и теорий, и этот метод также был описан на животных. [30]
Вспышка рассеянного света в настоящее время используется редко из-за высокой изменчивости внутри и между субъектами. Однако этот тип стимула полезно использовать при тестировании младенцев, животных или людей с плохой остротой зрения. Шахматная доска и решетчатые узоры используют светлые и темные квадраты и полосы соответственно. Эти квадраты и полосы имеют одинаковый размер и представляются по одному изображению за раз на экране компьютера.
Размещение электродов крайне важно для получения хорошего ответа VEP без артефактов. В типичной (одноканальной) установке один электрод размещается на 2,5 см выше иниона , а референтный электрод размещается в точке Fz. Для более детального ответа два дополнительных электрода можно разместить на 2,5 см справа и слева от Oz.
Номенклатура VEP определяется с помощью заглавных букв, указывающих, является ли пик положительным (P) или отрицательным (N), за которыми следует число, которое указывает среднюю латентность пика для этой конкретной волны. Например, P100 — это волна с положительным пиком примерно через 100 мс после начала стимула. Средняя амплитуда волн VEP обычно находится в пределах от 5 до 20 микровольт.
Нормальные значения зависят от используемого оборудования для стимуляции (вспышка стимуляции против электронно-лучевой трубки или жидкокристаллического дисплея , размер поля шахматной доски и т. д.).
Некоторые конкретные VEP:
Слуховые вызванные потенциалы (СВП) можно использовать для отслеживания сигнала, генерируемого звуком через восходящий слуховой путь. Вызванный потенциал генерируется в улитке, проходит через улитковый нерв , через улитковое ядро , верхний оливарный комплекс , латеральную петлю , к нижнему холмику в среднем мозге, к медиальному коленчатому телу и, наконец, к коре . [31]
Слуховые вызванные потенциалы (СВП) являются подклассом потенциалов, связанных с событиями (ССП). ССП — это реакции мозга, которые привязаны по времени к некоторому «событию», например, сенсорному стимулу, психическому событию (например, распознаванию целевого стимула) или пропуску стимула. Для ССП «событием» является звук. СВП (и ССП) — это очень маленькие потенциалы электрического напряжения, исходящие из мозга и регистрируемые с кожи головы в ответ на слуховой стимул, например, различные тоны, звуки речи и т. д.
Слуховые вызванные потенциалы ствола мозга представляют собой небольшие СВП, которые регистрируются в ответ на слуховой стимул от электродов, размещенных на коже черепа.
AEP служат для оценки функционирования слуховой системы и нейропластичности . [32] Их можно использовать для диагностики нарушений обучаемости у детей, помогая разрабатывать индивидуальные образовательные программы для людей с проблемами слуха и/или познавательными способностями. [33]
Соматосенсорные вызванные потенциалы (ССВП) — это ВП, регистрируемые в головном или спинном мозге при многократной стимуляции периферического нерва. [34] ССВП 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 , как правило, с помощью электрического стимула. Затем реакция регистрируется с кожи головы пациента .
Хотя для SSEP можно использовать такие стимулы, как прикосновение, вибрация и боль, электрические стимулы наиболее распространены из-за их простоты и надежности. [34] SSEP можно использовать для прогнозирования у пациентов с тяжелой травматической травмой головы. [35] Поскольку SSEP с задержкой менее 50 мс относительно независим от сознания, при раннем использовании у пациентов в коме он может надежно и эффективно предсказать исход. [36] Например, у пациентов в коме без билатеральных реакций вероятность не восстановиться от комы составляет 95%. [37] Но следует проявлять осторожность при анализе результата. Например, повышенная седация и другие повреждения ЦНС, такие как спинной мозг, могут повлиять на SEP. [34]
Из-за низкой амплитуды сигнала, достигающего скальпа пациента, и относительно высокого уровня электрического шума, вызванного фоновой ЭЭГ , ЭМГ мышц скальпа или электрическими устройствами в помещении, сигнал необходимо усреднить. Использование усреднения улучшает отношение сигнал/шум . Обычно в операционной для адекватного разрешения вызванного потенциала необходимо использовать от 100 до 1000 усреднений.
Два наиболее изучаемых аспекта SSEP — это амплитуда и задержка пиков. Наиболее распространенные пики были изучены и названы в лабораториях. Каждому пику присвоены буква и число в его названии. Например, N20 относится к отрицательному пику (N) при 20 мс. Этот пик регистрируется в коре при стимуляции срединного нерва. Он, скорее всего, соответствует сигналу, достигающему соматосенсорной коры . При использовании в интраоперационном мониторинге задержка и амплитуда пика относительно исходного уровня пациента после интубации являются важнейшей частью информации. Резкое увеличение задержки или уменьшение амплитуды являются показателями неврологической дисфункции.
Во время операции большие объемы используемых анестезирующих газов могут влиять на амплитуду и латентность SSEP. Любой из галогенированных агентов или закись азота увеличит латентность и уменьшит амплитуду ответов, иногда до такой степени, что ответ больше не может быть обнаружен. По этой причине обычно используется анестетик, использующий меньше галогенированного агента и больше внутривенного снотворного и наркотического средства.
Результаты SEP сами по себе не приводят к определенному диагнозу, и органические заболевания не обязательно могут быть исключены с нормальными результатами SEP. Результаты должны интерпретироваться в контексте клинической картины пациента. Оценка периферических реакций с помощью SEP может способствовать диагностике повреждения периферических нервов.
Кроме того, SEP могут быть аномальными при различных патологиях, таких как рассеянный склероз (РС), наследственные спиноцеребеллярные дегенерации, наследственная спастическая параплегия, СПИД и дефицит витамина B 12 или витамина E. У пациентов с РС результаты вызванных потенциалов часто дополняют результаты МРТ.
В острой стадии после травматического повреждения позвоночника или головного мозга отсутствие ответов SEP не коррелирует с прогнозом. Однако раннее возвращение к норме или сохранность ответов коры в подострой стадии коррелируют с положительным исходом.
SEP могут быть полезны для оценки подкорковых и корковых функций у пациентов в коме и менее чувствительны к седативным препаратам, чем ЭЭГ. SEP и BAEP вместе являются лучшими инструментами для подтверждения смерти мозга у пациентов в коме.
Как и у взрослых, результаты SEP в сочетании с клинической оценкой и результатами ЭЭГ могут способствовать определению прогноза у детей в коме. У новорожденных с высоким риском отслеживание результатов SEP с течением времени может быть полезным для прогнозирования исхода. Несколько нейродегенеративных расстройств имеют аномальные результаты в спинальных и кортикальных компонентах SEP. Более того, компрессионные поражения позвоночника (например, мальформация Арнольда-Киари или мукополисахаридоз) связаны с аномальными SEP, которые могут предшествовать аномалиям на МРТ.
Обычные SSEP контролируют функционирование части соматосенсорной системы, участвующей 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 путем применения тонко сфокусированного, быстро нарастающего тепла к голой коже с помощью лазера. В центральной нервной системе они могут обнаруживать повреждение спиноталамического тракта , бокового ствола мозга и волокон, несущих сигналы боли и температуры от таламуса к коре . В периферической нервной системе сигналы боли и тепла переносятся по тонким ( C и A дельта ) волокнам к спинному мозгу, и LEP можно использовать для определения того, находится ли невропатия в этих мелких волокнах, а не в более крупных (прикосновение, вибрация) волокнах. [38]
Двигательные вызванные потенциалы (MEP) регистрируются от мышц после прямой стимуляции открытой двигательной коры или транскраниальной стимуляции двигательной коры, как магнитной, так и электрической. Транскраниальные магнитные MEP (TCmMEP) потенциально предлагают клинические диагностические приложения. Транскраниальные электрические MEP (TCeMEP) широко используются в течение нескольких лет для интраоперационного мониторинга функциональной целостности пирамидного тракта.
В 1990-х годах предпринимались попытки отслеживать «моторные вызванные потенциалы», включая «нейрогенные моторные вызванные потенциалы», регистрируемые с периферических нервов после прямой электрической стимуляции спинного мозга. Стало ясно, что эти «моторные» потенциалы почти полностью вызывались антидромной стимуляцией сенсорных трактов — даже когда запись производилась с мышц (антидромная стимуляция сенсорных трактов запускает миогенные реакции через синапсы на уровне входа в корень). [ необходимо разъяснение ] TCMEP, будь то электрическая или магнитная, является наиболее практичным способом обеспечения чистых моторных реакций, поскольку стимуляция сенсорной коры не может привести к нисходящим импульсам за пределами первого синапса (синапсы не могут иметь обратный эффект).
MEP, вызванные TMS, использовались во многих экспериментах в когнитивной нейронауке . Поскольку амплитуда MEP коррелирует с двигательной возбудимостью, они предлагают количественный способ проверки роли различных типов вмешательства в двигательную систему (фармакологического, поведенческого, повреждения и т. д.). MEP, вызванные TMS, могут, таким образом, служить индексом скрытой двигательной подготовки или облегчения, например, вызванного системой зеркальных нейронов при наблюдении за действиями кого-то другого. [39] Кроме того, MEP используются в качестве эталона для регулировки интенсивности стимуляции, которую необходимо доставить с помощью TMS при воздействии на корковые области, реакция которых может быть не так легко измерена, например, в контексте терапии на основе TMS.
Соматосенсорные вызванные потенциалы обеспечивают мониторинг задних столбов спинного мозга. Сенсорные вызванные потенциалы могут также использоваться во время операций, которые подвергают риску структуры мозга. Они эффективно используются для определения кортикальной ишемии во время операций по каротидной эндартерэктомии и для картирования сенсорных областей мозга во время операций на мозге.
Электрическая стимуляция кожи головы может вызывать электрический ток в мозге, который активирует двигательные пути пирамидальных трактов. Этот метод известен как мониторинг транскраниального электрического двигательного потенциала (TcMEP). Этот метод эффективно оценивает двигательные пути в центральной нервной системе во время операций, которые подвергают эти структуры риску. Эти двигательные пути, включая латеральный кортикоспинальный тракт, расположены в латеральных и вентральных канатиках спинного мозга. Поскольку вентральный и дорсальный спинной мозг имеют раздельное кровоснабжение с очень ограниченным коллатеральным потоком, синдром переднего канатика (паралич или парез с некоторой сохраненной сенсорной функцией) является возможным хирургическим осложнением, поэтому важно иметь мониторинг, специфичный для двигательных путей, а также мониторинг дорсальных столбов.
Транскраниальная магнитная стимуляция в сравнении с электрической стимуляцией обычно считается неподходящей для интраоперационного мониторинга, поскольку она более чувствительна к анестезии. Электростимуляция слишком болезненна для клинического использования у бодрствующих пациентов. Таким образом, эти два метода являются взаимодополняющими, электрическая стимуляция является выбором для интраоперационного мониторинга, а магнитная — для клинических применений.
{{cite book}}
: |work=
проигнорировано ( помощь ){{cite book}}
: |work=
проигнорировано ( помощь ){{cite book}}
: |work=
проигнорировано ( помощь ){{cite book}}
: |work=
проигнорировано ( помощь ){{cite book}}
: |work=
проигнорировано ( помощь ){{cite book}}
: |work=
проигнорировано ( помощь ){{cite book}}
: |work=
проигнорировано ( помощь ){{cite book}}
: |work=
проигнорировано ( помощь ){{cite book}}
: |work=
проигнорировано ( помощь )