De opgewekte potentiaalamplitude is meestal laag, variërend van minder dan één microvolt tot enkele, vergeleken met tientallen microvolts voor elektro-encefalografie (EEG), millivolts voor elektromyografie (EMG) en vaak bijna 20 millivolt voor elektrocardiogram (ECG). Signaalmiddeling is meestal vereist om deze lage amplitudepotentialen op te lossen in het licht van aanhoudende EEG, ECG, EMG en andere biologische signalen en omgevingsgeluid. Het signaal is stimulusgetimed en de meeste ruis is willekeurig, waardoor ruis kan worden gemiddeld over herhaalde reacties.
Impulsen en signalen
Signalen kunnen worden opgenomen vanuit de hersenschors, hersenstam, ruggenmerg en perifere zenuwen. Gewoonlijk is de term "opgewekt potentieel" gereserveerd voor reacties die betrekking hebben op het opnemen of stimuleren van structuren in het centrale zenuwstelsel.systemen. Dus complexe motorische of sensorische zenuw opgewekte potentialen die worden gebruikt in zenuwgeleidingsonderzoeken worden gewoonlijk niet als opgewekte spanningen beschouwd, hoewel ze voldoen aan de bovenstaande definitie.
Sensorisch opgewekte potentiëlen
Deze worden opgenomen vanuit het centrale zenuwstelsel na zintuiglijke stimulatie, zoals visueel opgeroepen potentialen door een knipperend licht of een veranderend patroon op een monitor, auditieve potentialen opgeroepen door een klik- of toonstimulus gepresenteerd via een koptelefoon, of tactiele of somatosensorisch potentieel opgewekt door tactiele of elektrische stimulatie van een sensorische of gemengde zenuw in de periferie. Sensorisch opgewekte potentiëlen worden sinds de jaren zeventig op grote schaal gebruikt in de klinische diagnostische geneeskunde, evenals bij intraoperatieve neurofysiologische monitoring, bekend als chirurgische neurofysiologie. Het was dankzij haar dat de methode van evoked potentials werkelijkheid werd.
Beelden
Er zijn twee soorten evoked potentials die wijdverbreid klinisch worden gebruikt:
- Auditory evoked potentials, meestal opgenomen op de hoofdhuid, maar optredend op het niveau van de hersenstam.
- Visueel opgewekte potentialen en somatosensorische opgewekte potentialen die het gevolg zijn van elektrische stimulatie van een perifere zenuw.
Anomalieën
Long en Allen meldden abnormaalhersenpotentialen (BAEP) opgewekt door auditieve potentialen bij een alcoholische vrouw die herstellende is van het verworven centrale hypoventilatiesyndroom. Deze onderzoekers veronderstelden dat de hersenstam van hun patiënt was vergiftigd maar niet vernietigd door haar chronische alcoholisme. De methode van evoked potentials van de hersenen maakt het gemakkelijk om zulke dingen te diagnosticeren.
Algemene definitie
Een opgeroepen potentieel is de elektrische reactie van de hersenen op een zintuiglijke stimulus. Regan bouwde een analoge Fourier-serie-analysator om opgewekte potentiële harmonischen op te nemen in flikkerend (sinusvormig gemoduleerd) licht. In plaats van sinus- en cosinusproducten te integreren, voerde Regan signalen door naar een dual-processorrecorder via laagdoorlaatfilters. Hierdoor kon hij aantonen dat de hersenen een stabiele toestand hadden bereikt, waarin de amplitude en fase van de harmonischen (frequentiecomponenten) van de respons ongeveer constant waren in de tijd. Naar analogie met de stationaire respons van een resonantiecircuit dat volgt op de initiële transiënte respons, definieerde hij het geïdealiseerde stationaire opgewekte potentieel als een vorm van respons op repetitieve sensorische stimulatie waarbij de frequentiecomponenten van de respons in de tijd constant blijven in amplitude en fase.
Hoewel deze definitie een reeks identieke tijdgolfvormen impliceert, is het nuttiger om de evoked potential-methode (SSEP) te definiëren in termen van frequentiecomponenten, die een alternatieve beschrijving zijn van de golfvorm in het tijdsdomein,omdat verschillende frequentiecomponenten totaal verschillende eigenschappen kunnen hebben. De eigenschappen van de hoogfrequente SSEP-flikkering (die piekt bij ongeveer 40-50 Hz) komen bijvoorbeeld overeen met die van later ontdekte magnocellulaire neuronen in het netvlies van de makaak, terwijl de eigenschappen van de middenfrequente SSEP-flikkering (die piekt bij ongeveer 15-20 Hz) komen overeen met die van parvocellulaire neuronen. Aangezien SSEP volledig kan worden beschreven in termen van de amplitude en fase van elke frequentiecomponent, wordt het op een meer unieke manier gekwantificeerd dan het gemiddelde tijdelijke opgewekte potentieel.
Neurofysiologisch aspect
Soms wordt gezegd dat SSEP's worden verkregen door stimuli met een hoge herhalingssnelheid, maar dit is niet altijd correct. In principe kan een sinusoïdaal gemoduleerde stimulus SSEP induceren, zelfs als de herhalingssnelheid laag is. Vanwege de hoge frequentie roll-off van SSEP kan hoogfrequente stimulatie resulteren in een bijna sinusoïdale SSEP-golfvorm, maar dit is niet de definitie van SSEP. Met zoom-FFT om SSEP op te nemen met een theoretische spectrale resolutielimiet van F (waarbij ΔF in Hz het omgekeerde is van de opnameduur in seconden), ontdekte Regan dat de amplitude-fasevariabiliteit van SSEP vrij klein kan zijn. De bandbreedte van de SSEP-frequentiecomponenten kan op de theoretische grens van de spectrale resolutie liggen tot ten minste 500 seconden van de opnameduur (in dit geval 0,002 Hz). Dit maakt allemaal deel uit van de evoked potential-methode.
Betekenis en toepassing
Met deze methode kunnen meerdere (bijv. vier) SSEP's tegelijkertijd worden opgenomen vanaf een bepaalde locatie op de hoofdhuid. Verschillende stimulatieplaatsen of verschillende stimuli kunnen worden gemarkeerd met enigszins verschillende frequenties, die bijna identiek zijn aan hersenfrequenties (berekend met behulp van de brain evoked potential-methode), maar gemakkelijk kunnen worden gescheiden door Fourier-reeksanalysatoren.
Als bijvoorbeeld twee niet-gepatenteerde lichtbronnen worden gemoduleerd op verschillende frequenties (F1 en F2) en op elkaar worden gesuperponeerd, worden meerdere niet-lineaire frequentie-kruismodulatiecomponenten (mF1 ± nF2) gecreëerd in SSEP, waarbij m en n gehele getallen zijn. Met deze componenten kun je niet-lineaire verwerking in de hersenen verkennen. Door de frequentie van de twee gesuperponeerde rasters te markeren, kunnen de ruimtelijke frequentie- en oriëntatieaanpassingseigenschappen van de hersenmechanismen die ruimtelijke vormen verwerken, worden geïsoleerd en bestudeerd.
Stimuli van verschillende zintuiglijke modaliteiten kunnen ook worden gelabeld. Een visuele stimulus flikkerde bijvoorbeeld bij Fv Hz en een gelijktijdig gepresenteerde auditieve toon werd in amplitude gemoduleerd bij Fa Hz. Het bestaan van een (2Fv + 2Fa) component in de opgewekte magnetische respons van de hersenen toonde een gebied van audiovisuele convergentie in het menselijk brein aan, en de verdeling van de respons over het hoofd maakte het mogelijk om dit gebied van de hersenen te lokaliseren. Onlangs is frequentietagging uitgebreid van onderzoek naar sensorische verwerking naar onderzoek naar selectieve aandacht en bewustzijn.
Sweep
Sweep-methodeis een ondersoort van de evoked potential methode vp. Een grafiek van de responsamplitude versus de grootte van het dambordpatroon van de stimulus kan bijvoorbeeld worden verkregen in 10 seconden, wat veel sneller is dan het middelen over het tijdsdomein om het opgewekte potentieel voor elk van de verschillende controlegroottes vast te leggen.
Schema
In de oorspronkelijke demonstratie van deze techniek werden de sinus- en cosinusproducten door laagdoorlaatfilters gevoerd (zoals bij SSEP-opnames) terwijl ze een fijn testcircuit bekeken waarvan de zwarte en witte vierkanten zes keer per seconde verwisselden. De grootte van de vierkanten werd vervolgens geleidelijk vergroot om een grafiek te verkrijgen van de opgewekte potentiaalamplitude versus de controlegrootte (vandaar het woord "sweep"). Daaropvolgende auteurs implementeerden een sweep-techniek met behulp van computersoftware om de ruimtelijke frequentie van het rooster in een reeks kleine stappen te verhogen en het tijdsdomeingemiddelde te berekenen voor elke discrete ruimtelijke frequentie.
Eén sweep kan voldoende zijn, of het kan nodig zijn om de grafieken over meerdere sweeps te middelen. Een gemiddelde van 16 sweeps kan de signaal-ruisverhouding van de grafiek met een factor vier verbeteren. De sweep-techniek is nuttig gebleken voor het meten van snel aanpassende visuele processen, maar ook voor het opnemen van kinderen, waar de duur noodzakelijkerwijs kort is. Norcia en Tyler gebruikten de techniek om de ontwikkeling van gezichtsscherpte te documenteren encontrastgevoeligheid tijdens de eerste levensjaren. Ze benadrukten dat bij het diagnosticeren van abnormale visuele ontwikkeling, hoe nauwkeuriger de ontwikkelingsnormen, hoe duidelijker men onderscheid kan maken tussen abnormaal en normaal, en daartoe is een normale visuele ontwikkeling gedocumenteerd bij een grote groep kinderen. De sweep-techniek wordt al vele jaren gebruikt in kinderoogheelkundige klinieken (in de vorm van elektrodiagnostiek) over de hele wereld.
Methode voordelen
We hebben het al gehad over de essentie van de evoked potential-methode, nu is het de moeite waard om over de voordelen ervan te praten. Met deze techniek kan SSEP de stimulus die SSEP opwekt direct controleren zonder de bewuste tussenkomst van de proefpersoon. Er kan bijvoorbeeld een voortschrijdend gemiddelde van SSEP worden opgesteld om de helderheid van de dambordstimulus te verhogen als de SSEP-amplitude onder een vooraf bepaalde waarde da alt, en de helderheid te verlagen als deze boven die waarde stijgt. De amplitude van de SSEP oscilleert dan rond dit setpoint. Nu verandert de golflengte (kleur) van de stimulus geleidelijk. De verkregen grafiek van de afhankelijkheid van de stimulushelderheid van de golflengte is een grafiek van de spectrale gevoeligheid van het visuele systeem. De essentie van de methode van evoked potentials (VP) is onlosmakelijk verbonden met grafieken en diagrammen.
Elektro-encefalogrammen
In 1934 merkten Adrian en Matthew op dat mogelijke veranderingen in het occipitale EEG konden worden waargenomen met lichtstimulatie. Dr. Cyganek ontwikkelde de eerste nomenclatuur voor occipitale EEG-componenten in 1961. In hetzelfde jaar Hirsch enzijn collega's registreerden visueel opgewekte potentiaal (VEP) op de achterhoofdskwab (buiten en binnen). In 1965 gebruikte Spelmann schaakbordstimulatie om menselijke WEP te beschrijven. Shikla en collega's hebben een poging gedaan om structuren in het primaire visuele pad te lokaliseren. Halliday en collega's voltooiden de eerste klinische onderzoeken door vertraagde VEP's op te nemen bij een patiënt met retrobulbaire neuritis in 1972. Vanaf de jaren zeventig tot vandaag is er veel uitgebreid onderzoek gedaan om procedures en theorieën te verbeteren, en deze methode is ook op dieren getest.
Flaws
Stimuli met strooilicht worden tegenwoordig zelden gebruikt vanwege de grote variabiliteit, zowel binnen als tussen proefpersonen. Dit type is echter voordelig bij het testen van zuigelingen, dieren of mensen met een slechte gezichtsscherpte. De dambord- en roosterpatronen gebruiken respectievelijk lichte en donkere vierkanten en strepen. Deze vierkanten en strepen zijn even groot en worden één voor één op het computerscherm weergegeven (als onderdeel van de evoked potential-methode).
De plaatsing van elektroden is uiterst belangrijk om een goede VEP-respons te verkrijgen zonder artefacten. In een typische (enkelkanaals) opstelling bevindt één elektrode zich 2,5 cm boven het ion en bevindt de referentie-elektrode zich op Fz. Voor een meer gedetailleerd antwoord kunnen twee extra elektroden 2,5 cm rechts en links van de ounce worden geplaatst.
Auditorische methode van evoked potentials of the brain
Hij kangebruikt om het signaal te volgen dat door geluid wordt gegenereerd via het oplopende gehoorpad. Het opgewekte potentieel wordt gegenereerd in het slakkenhuis, gaat door de cochleaire zenuw, door de cochleaire kern, het superieure olijfcomplex, de laterale lemniscus, naar de inferieure colliculus in de middenhersenen, naar het mediale geniculate lichaam en tenslotte naar de hersenschors. Dit is hoe de methode van evoked potentials van het centrale zenuwstelsel, uitgevoerd met behulp van geluid, werkt.
Auditory evoked potentials (AEP's) zijn een subklasse van event-related potentials (ERP's). ERP's zijn hersenreacties die tijdgebonden zijn aan een gebeurtenis zoals een sensorische stimulus, een mentale gebeurtenis (herkenning van een doelstimulus) of het overslaan van een stimulus. Voor AEP is een "gebeurtenis" een geluid. AEP's (en ERP's) zijn zeer kleine elektrische spanningspotentialen die afkomstig zijn van de hersenen en worden geregistreerd vanaf de hoofdhuid als reactie op een auditieve stimulus zoals verschillende tonen, spraakgeluiden, enz.
Auditory brainstem evoked potentials zijn kleine AEP's die worden geregistreerd als reactie op een auditieve stimulus van elektroden die op de hoofdhuid zijn geplaatst.
AEP worden gebruikt om de auditieve functie en neuroplasticiteit te beoordelen. Ze kunnen worden gebruikt om leerstoornissen bij kinderen te diagnosticeren, en helpen bij het ontwikkelen van gespecialiseerde educatieve programma's voor mensen met gehoor- of cognitieproblemen. Binnen het kader van de klinische psychologie wordt de methode van evoked potentials vrij vaak gebruikt.
