Амплітуда викликаного потенціалу має тенденцію бути низькою, варіюючи від менш ніж один мікровольт до декількох, порівняно з десятками мікровольт для електроенцефалографії (ЕЕГ), милливольтами для електроміографії (ЕМГ) і часто близькими до 20 милливольтам для електрокардіограми (ЕКГ). Щоб вирішити ці потенціали низької амплітуди на тлі триваючої ЕЕГ, ЕКГ, ЕМГ та інших біологічних сигналів і навколишнього шуму, зазвичай потрібно усереднення сигналів. Сигнал прив’язаний до часу стимулу, і велика частина шуму відбувається випадковим чином, що дозволяє усереднювати шум з усередненням повторних відповідей.
Імпульси і сигнали
Сигнали можуть бути зареєстровані від кори головного мозку, стовбура головного мозку, спинного мозку і периферичних нервів. Зазвичай термін «викликаний потенціал» зарезервований для відповідей, що включають запис або стимуляцію структур центральної нервової системи. Таким чином, викликані складні рухові потенціали дії або потенціали чутливих нервів, що використовуються в дослідженнях нервової провідності, зазвичай не розглядаються як викликані потенціали, хоча вони відповідають наведеному вище визначенню.
Сенсорні викликані потенціали
Вони реєструються з центральної нервової системи після стимуляції органів почуттів, наприклад, візуально викликані потенціали, що з’явилися через миготливого світла або змінюється малюнка на моніторі, слухові потенціали, викликані за допомогою щелчкового або тонального стимулу, представленого через навушники, або тактильний або соматосенсорный потенціал, викликаний тактильної або електричною стимуляцією сенсорного або змішаного нерва на периферії. Сенсорні викликані потенціали широко використовувалися в клінічній медицині з діагностичною 70-х років минулого століття, а також в интраоперационном нейрофізіологічному моніторингу, відомому як хірургічна нейрофізіологія. Саме завдяки їй метод викликаних потенціалів став реальністю.
Види
Існує два види викликаних потенціалів у широко розповсюдженому клінічному використанні:
- Слухові викликані потенціали, зазвичай реєструються на шкірі голови, але виникають на рівні стовбура мозку.
- Візуально викликані потенціали та соматосенсорні викликані потенціали, які відбуваються в результаті електричної стимуляції периферичного нерва.
Аномалії
Лонг і Аллен повідомили про аномальні потенціали мозку (BAEP), викликаних слуховими потенціалами у жінки-алкоголічки, яка оговталася від синдрому набутого центральної гіповентиляції. Ці дослідники висунули гіпотезу, що стовбур мозку їх пацієнтки був отруєний, але не зруйнований її хронічним алкоголізмом. Метод викликаних потенціалів головного мозку дозволяє з легкістю діагностувати подібні речі.
Загальне визначення
Викликаний потенціал – це електричний відповідь мозку на сенсорний стимул. Ріган побудував аналоговий аналізатор рядів Фур’є для запису гармонік викликаного потенціалу в мерехтливий (синусоїдально модульований) світло. Замість того щоб інтегрувати синусоїдальні і косинусні продукти, Ріган подавав сигнали на двопроцесорний рекордер через фільтри нижніх частот. Це дозволило йому продемонструвати, що мозок досяг стаціонарного режиму, в якому амплітуда і фаза гармонік (частотних складових) відгуку були приблизно постійними в часі. За аналогією з усталеним відгуком резонансного контуру, який слідує за початковою перехідним відгуком, він визначив ідеалізований сталий викликаний потенціал як форму відгуку на повторювану сенсорну стимуляцію, в якій частотні складові відгуку залишаються постійними згодом в амплітуді і фазі.
Хоча це визначення має на увазі серію ідентичних тимчасових сигналів, більш корисно визначити метод викликаних потенціалів (SSEP) в термінах частотних компонентів, які є альтернативним описом форми сигналу у часовій області, оскільки різні частотні компоненти можуть мати зовсім різні властивості. Наприклад, властивості високочастотного мерехтіння SSEP (пікова амплітуда якого становить близько 40-50 Гц) відповідають властивостям згодом виявлених магноцеллюлярных нейронів в сітківці мавпи макаки, тоді як властивості середньочастотного мерехтіння SSEP (пік амплітуди якого становить близько 15-20 Гц) відповідають властивостям парвоцеллюлярных нейронів. Оскільки SSEP може бути повністю описаний в термінах амплітуди і фази кожного частотного компонента, він визначений кількісно більш однозначно, ніж усереднений перехідний викликаний потенціал.
Нейрофізіологічний аспект
Іноді кажуть, що SSEP виходять за допомогою стимулів з високою частотою повторення, але це не завжди правильно. В принципі, синусоїдально-модульований стимул може викликати SSEP, навіть якщо його частота повторення низька. З-за високочастотного спаду SSEP високочастотна стимуляція може призвести до майже синусоїдальної формою хвилі SSEP, але це не відноситься до визначення SSEP. Використовуючи zoom-FFT для запису SSEP з теоретичним межею спектрального дозволу ΔF (де ΔF в Гц – це зворотна величина тривалості запису в секундах), Ріган виявив, що амплітудно-фазова мінливість SSEP може бути досить малою. Ширина смуги складових частотної складової SSEP може перебувати на теоретичному межі спектрального дозволу, принаймні, до 500 секунд тривалості запису (в даному випадку 0,002 Гц). Все це є частиною методу викликаних потенціалів.
Значення і застосування
Цей метод дозволяє одночасно реєструвати кілька (наприклад, чотири) SSEP з будь-якого заданого розташування на шкірі голови. Різні сайти стимуляції або різні стимули можуть бути помічені з трохи різними частотами, які практично ідентичні частотам мозку (обчислених за допомогою методу викликаних потенціалів мозку), але легко розділяються аналізаторами ряду Фур’є.
Наприклад, коли два непатентованих джерела світла модулюються на кілька різних частотах (F1 і F2) і накладаються один на одного, в SSEP створюються множинні нелінійні компоненти перехресної модуляції частоти (mF1 ± nF2), де m і n є цілими числами. Ці компоненти дозволяють досліджувати нелінійну обробку в мозку. Шляхом позначки частоти дві накладені решітки, просторова частота і властивості налаштування орієнтації механізмів мозку, які обробляють просторову форму, можуть бути ізольовані і вивчені.
Стимули різних сенсорних модальностей також можуть бути помічені. Наприклад, візуальний стимул мерехтів у Fv Hz, і одночасно представлений слуховий тон був модулирован по амплітуді Fa Hz. Існування (2Fv + 2Fa) компонента в викликаному магнітному відповіді мозку продемонструвало область аудіовізуальної конвергенції в мозку людини, і розподіл відповіді по голові дозволило локалізувати цю область мозку. Останнім часом частотна позначка була розширена від досліджень сенсорної обробки до досліджень виборчого уваги і свідомості.
Розгортка
Метод розгортки являє собою підвид методу викликаних потенціалів вп. Наприклад, графік залежності амплітуди відгуку від контрольного розміру діаграми спрямованості шахової дошки стимулу може бути отриманий за 10 секунд, що набагато швидше, ніж при усередненні по часовій області для реєстрації викликаного потенціалу для кожного з кількох контрольних розмірів.
Схематичне зображення
У первісній демонстрації цієї техніки продукти синуса і косинуса подавалися через фільтри нижніх частот (як при записі SSEP) при перегляді схеми точних перевірок, чиї чорні і білі квадрати мінялися місцями шість разів в секунду. Потім розмір квадратів поступово збільшувався, щоб отримати графік залежності амплітуди викликаного потенціалу від контрольного розміру (звідси і слово «розгортка»). Наступні автори впровадили техніку розгортки, використовуючи програмне забезпечення для збільшення просторової частоти грати в серії невеликих кроків і обчислення середнього значення у часовій області для кожної дискретної просторової частоти.
Однієї розгортки може бути достатньо, або ж може знадобитися усереднення графіків за кілька розгорток. Усереднення 16 розгорток може поліпшити відношення “сигнал / шум” на графіку в чотири рази. Техніка розгортки виявилася корисною для вимірювання швидко адаптуються зорових процесів, а також для запису дітей, де тривалість обов’язково коротка. Норсия і Тайлер використовували техніку для документування розвитку гостроти зору та контрастної чутливості протягом перших років життя. Вони підкреслили, що при діагностиці аномального розвитку зорового, чим точніше норми розвитку, тим різкіше можна відрізнити аномальне від нормального, і з цією метою документально підтверджено нормальне зорове розвиток у великої групи дітей. Протягом багатьох років техніка розгортки використовувалася в клініках дитячої офтальмології (у вигляді електродіагностики) по всьому світу.
Переваги методу
Про сутність методу викликаних потенціалів ми вже поговорили, тепер варто сказати про його переваги. Цей метод дозволяє SSEP безпосередньо контролювати стимул, який викликає SSEP без свідомого втручання експериментального суб’єкта. Наприклад, ковзне середнє значення SSEP може бути організовано так, щоб збільшувати яскравість стимулу шахової дошки, якщо амплітуда SSEP падає нижче певного заздалегідь визначеного значення, і зменшувати яскравість, якщо вона піднімається вище цього значення. Амплітуда SSEP потім коливається близько цього заданого значення. Тепер довжина хвилі (колір) стимулу поступово змінюється. Отриманий креслення залежності яскравості ефекту від довжини хвилі являє собою графік спектральної чутливості зорової системи. Сутність методу викликаних потенціалів (вп) невіддільна від графіків і діаграм.
Електроенцефалограми
У 1934 році Адріан і Меттью помітили, що потенційні зміни потиличної ЕЕГ можуть спостерігатися при стимуляції світлом. Доктор Цыганек розробив першу номенклатуру компонентів ЕЕГ в потиличній 1961 році. Протягом того ж року Hirsch і його колеги зареєстрували візуально викликаний потенціал (VEP) на потиличній частці (зовні і всередині). У 1965 році Шпельманн використовував стимуляцію шахової дошки для опису ВЕП людини. Шикла і його колеги завершили спробу локалізації структур в первинному зоровому шляху. Хэллидей і його колеги закінчили перші клінічні дослідження, записавши затримані VEP у пацієнта з ретробульбарным невритом в 1972 році. З 1970-х років до сьогоднішнього дня було проведено велику кількість великих досліджень для поліпшення процедур і теорій, і цей метод також був випробуваний на тваринах.
Недоліки
В наші дні стимул розсіяного світла рідко використовується з-за високої мінливості як всередині, так і між суб’єктами. Проте цей тип вигідно використовувати при тестуванні дітей, тварин або людей з поганою гостротою зору. У шаховому і решітчастому малюнках використовуються світлі і темні квадрати і смуги відповідно. Ці квадрати і смуги рівні за розміром і представлені по одному зображенню на екрані комп’ютера (в рамках проведення процедури методу викликаних потенціалів).
Розміщення електрода надзвичайно важливо для отримання доброї відповіді VEP без артефактів. В типовій (з одним каналом) встановленні один електрод розташований на 2,5 см вище іона, а електрод порівняння розташований на Fz. Для докладнішої відповіді два додаткових електрода можуть бути розміщені на 2,5 см справа і зліва від унції.
Слуховий метод викликаних потенціалів головного мозку
Він може використовуватися для відстеження сигналу, генерованого звуком через висхідний слуховий шлях. Викликаний потенціал генерується в равлику, проходить через улітковий нерв, через улитковое ядро, верхній оливковий комплекс, латеральний лемнискус, до нижнього колликулюсу в середньому мозку, до медіального колінчастого тіла і, нарешті, до кори головного мозку. Так і працює метод викликаних потенціалів ЦНС, здійснений за допомогою звуку.
Слухові викликані потенціали (AEP) є підкласом потенціалів, пов’язаних з подіями (ERP). ERP – це реакції мозку, які прив’язані до часу до якого-небудь події, наприклад, такого як сенсорний стимул, психічний подія (розпізнавання цільового стимулу) або пропуск стимулу. Для AEP «подія» – це звук. AEP (і ERP) являють собою дуже малі потенціали електричного напруги, виходять з мозку, записані зі шкіри голови у відповідь на слуховий подразник, такий як різні тони, мовні звуки і т. д.
Слухові викликані потенціали стовбура мозку – це невеликі AEP, які реєструються у відповідь на слуховий подразник від електродів, поміщених в шкіру голови.
AEP служать для оцінки функціонування слухової системи і нейропластичності. Вони можуть бути використані для діагностики порушень здатності до навчання у дітей, допомагаючи в розробці спеціалізованих освітніх програм для людей з вадами слуху або пізнання. У рамках клінічної психології метод викликаних потенціалів використовується досить часто.
