Metodo dei potenziali evocati: tipi, concetti di base, descrizione della procedura

2024 Autore: Miguel Ramacey | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 06:22

L'ampiezza del potenziale evocato tende ad essere bassa, da meno di un microvolt a pochi, rispetto a decine di microvolt per l'elettroencefalografia (EEG), millivolt per l'elettromiografia (EMG) e spesso vicino a 20 millivolt per l'elettrocardiogramma (ECG). La media del segnale è solitamente necessaria per risolvere questi potenziali di bassa ampiezza di fronte a EEG, ECG, EMG e altri segnali biologici in corso e rumore ambientale. Il segnale è a tempo di stimolo e la maggior parte del rumore è casuale, consentendo di calcolare la media del rumore su risposte ripetute.

Impulsi e segnali

I segnali possono essere registrati dalla corteccia cerebrale, dal tronco encefalico, dal midollo spinale e dai nervi periferici. Di solito il termine "potenziale evocato" è riservato alle risposte che coinvolgono la registrazione o la stimolazione delle strutture del sistema nervoso centrale.sistemi. Pertanto, i potenziali evocati dei nervi motori o sensoriali complessi utilizzati negli studi sulla conduzione nervosa non sono generalmente considerati potenziali evocati, sebbene rientrino nella definizione di cui sopra.

Potenziali evocati sensoriali

Questi vengono registrati dal sistema nervoso centrale dopo la stimolazione sensoriale, come i potenziali evocati visivamente a causa di una luce lampeggiante o un pattern mutevole su un monitor, i potenziali uditivi evocati da un clic o uno stimolo tono presentato attraverso le cuffie o tattili o potenziale somatosensoriale evocato dalla stimolazione tattile o elettrica di un nervo sensoriale o misto nella periferia. I potenziali evocati sensoriali sono stati ampiamente utilizzati nella medicina diagnostica clinica dagli anni '70, nonché nel monitoraggio neurofisiologico intraoperatorio, noto come neurofisiologia chirurgica. È stato grazie a lei che il metodo dei potenziali evocati è diventato re altà.

Viste

Ci sono due tipi di potenziali evocati in uso clinico diffuso:

• Potenziali evocati uditivi, solitamente registrati sul cuoio capelluto, ma che si verificano a livello del tronco cerebrale.
• Potenziali evocati visivamente e potenziali evocati somatosensoriali risultanti dalla stimolazione elettrica di un nervo periferico.

Anomalie

Long e Allen hanno segnalato un'anomaliapotenziali cerebrali (BAEP) evocati dai potenziali uditivi in una donna alcolizzata che si sta riprendendo dalla sindrome da ipoventilazione centrale acquisita. Questi ricercatori hanno ipotizzato che il tronco cerebrale della loro paziente fosse avvelenato ma non distrutto dal suo alcolismo cronico. Il metodo dei potenziali evocati del cervello rende facile diagnosticare queste cose.

Definizione generale

Un potenziale evocato è la risposta elettrica del cervello a uno stimolo sensoriale. Regan ha costruito un analizzatore analogico della serie di Fourier per registrare le potenziali armoniche evocate in una luce tremolante (modulata sinusoidalmente). Invece di integrare prodotti seno e coseno, Regan ha inviato i segnali a un registratore a doppio processore attraverso filtri passa-basso. Questo gli ha permesso di dimostrare che il cervello aveva raggiunto uno stato stazionario, in cui l'ampiezza e la fase delle armoniche (componenti di frequenza) della risposta erano approssimativamente costanti nel tempo. Per analogia con la risposta allo stato stazionario di un circuito risonante che segue la risposta transitoria iniziale, ha definito il potenziale evocato allo stato stazionario idealizzato come una forma di risposta alla stimolazione sensoriale ripetitiva in cui le componenti in frequenza della risposta rimangono costanti nel tempo in ampiezza e fase.

Sebbene questa definizione implichi una serie di forme d'onda temporali identiche, è più utile definire il metodo del potenziale evocato (SSEP) in termini di componenti di frequenza, che sono una descrizione alternativa della forma d'onda nel dominio del tempo,poiché diverse componenti di frequenza possono avere proprietà completamente diverse. Ad esempio, le proprietà dello sfarfallio SSEP ad alta frequenza (che raggiunge un picco di circa 40–50 Hz) corrispondono a quelle dei neuroni magnocellulari scoperti successivamente nella retina della scimmia macaco, mentre le proprietà dello sfarfallio SSEP a media frequenza (che raggiunge il picco a circa 15–20 Hz) corrispondono a quelli dei neuroni parvocellulari. Poiché SSEP può essere completamente descritto in termini di ampiezza e fase di ciascuna componente di frequenza, viene quantificato in modo più univoco rispetto al potenziale evocato transitorio medio.

Aspetto neurofisiologico

A volte si dice che le SSEP si ottengono attraverso stimoli ad alta frequenza di ripetizione, ma questo non è sempre corretto. In linea di principio, uno stimolo modulato sinusoidalmente può indurre SSEP anche se la sua frequenza di ripetizione è bassa. A causa del rolloff ad alta frequenza di SSEP, la stimolazione ad alta frequenza può risultare in una forma d'onda SSEP quasi sinusoidale, ma questa non è la definizione di SSEP. Usando zoom-FFT per registrare SSEP con un limite di risoluzione spettrale teorico di ΔF (dove ΔF in Hz è il reciproco della durata della registrazione in secondi), Regan ha scoperto che la variabilità ampiezza-fase di SSEP può essere piuttosto piccola. La larghezza di banda delle componenti di frequenza SSEP può essere al limite teorico della risoluzione spettrale fino ad almeno 500 secondi della durata della registrazione (in questo caso 0,002 Hz). Tutto questo fa parte del metodo del potenziale evocato.

Significato e applicazione

Questo metodo consente la registrazione simultanea di più (ad es. quattro) SSEP da qualsiasi punto del cuoio capelluto. Siti di stimolazione diversi o stimoli diversi possono essere contrassegnati con frequenze leggermente diverse, che sono quasi identiche alle frequenze cerebrali (calcolate utilizzando il metodo del potenziale evocato dal cervello), ma sono facilmente separate dagli analizzatori della serie di Fourier.

Ad esempio, quando due sorgenti luminose non proprietarie vengono modulate a diverse frequenze (F1 e F2) e sovrapposte l'una all' altra, in SSEP vengono create più componenti di modulazione incrociata di frequenza non lineare (mF1 ± nF2), dove m e n sono numeri interi. Questi componenti consentono di esplorare l'elaborazione non lineare nel cervello. Contrassegnando la frequenza delle due griglie sovrapposte, è possibile isolare e studiare la frequenza spaziale e le proprietà di regolazione dell'orientamento dei meccanismi cerebrali che elaborano la forma spaziale.

Gli stimoli di varie modalità sensoriali possono anche essere etichettati. Ad esempio, uno stimolo visivo tremolava a Fv Hz e un tono uditivo presentato contemporaneamente veniva modulato in ampiezza a Fa Hz. L'esistenza di una componente (2Fv + 2Fa) nella risposta magnetica cerebrale evocata ha dimostrato un'area di convergenza audiovisiva nel cervello umano e la distribuzione della risposta sopra la testa ha permesso di localizzare quest'area del cervello. Recentemente, l'etichettatura della frequenza si è espansa dalla ricerca sull'elaborazione sensoriale all'attenzione selettiva e alla ricerca sulla coscienza.

Sweep

Metodo Sweepè una sottospecie del metodo del potenziale evocato vp. Ad esempio, in 10 secondi è possibile ottenere un grafico dell'ampiezza della risposta rispetto alla dimensione del pattern a scacchiera dello stimolo, che è molto più veloce della media nel dominio del tempo per registrare il potenziale evocato per ciascuna delle diverse dimensioni di controllo.

Schema

Nella dimostrazione originale di questa tecnica, i prodotti seno e coseno sono stati alimentati attraverso filtri passa-basso (come nella registrazione SSEP) durante la visualizzazione di un circuito di prova fine i cui quadrati bianchi e neri si scambiavano sei volte al secondo. La dimensione dei quadrati è stata quindi gradualmente aumentata per ottenere un grafico dell'ampiezza potenziale evocata rispetto alla dimensione del controllo (da cui la parola "sweep"). Gli autori successivi hanno implementato una tecnica di scansione utilizzando un software per computer per aumentare la frequenza spaziale del reticolo in una serie di piccoli passi e calcolare la media nel dominio del tempo per ciascuna frequenza spaziale discreta.

Una scansione potrebbe essere sufficiente o potrebbe essere necessario fare la media dei grafici su più scansioni. Una media di 16 scansioni può migliorare il rapporto segnale/rumore del grafico di un fattore quattro. La tecnica dello sweep si è rivelata utile per misurare processi visivi che si adattano rapidamente, nonché per registrare bambini, dove la durata è necessariamente breve. Norcia e Tyler hanno usato la tecnica per documentare lo sviluppo dell'acuità visiva esensibilità al contrasto nei primi anni di vita. Hanno sottolineato che nella diagnosi dello sviluppo visivo anormale, più accurate sono le norme di sviluppo, più chiaramente si può distinguere tra anormale e normale e, a tal fine, lo sviluppo visivo normale è stato documentato in un ampio gruppo di bambini. Per molti anni, la tecnica dello sweep è stata utilizzata nelle cliniche di oftalmologia pediatrica (sotto forma di elettrodiagnostica) in tutto il mondo.

Vantaggi del metodo

Abbiamo già parlato dell'essenza del metodo del potenziale evocato, ora vale la pena parlare dei suoi vantaggi. Questa tecnica consente a SSEP di controllare direttamente lo stimolo che suscita SSEP senza l'intervento cosciente del soggetto sperimentale. Ad esempio, è possibile organizzare una media mobile di SSEP per aumentare la luminosità dello stimolo a scacchiera se l'ampiezza del SSEP scende al di sotto di un valore predeterminato e diminuire la luminosità se supera tale valore. L'ampiezza del SSEP oscilla quindi attorno a questo setpoint. Ora la lunghezza d'onda (colore) dello stimolo cambia gradualmente. Il grafico ottenuto della dipendenza della luminosità dello stimolo dalla lunghezza d'onda è un grafico della sensibilità spettrale del sistema visivo. L'essenza del metodo dei potenziali evocati (VP) è inseparabile da grafici e diagrammi.

Elettroencefalogrammi

Nel 1934, Adrian e Matthew notarono che i potenziali cambiamenti nell'EEG occipitale potevano essere osservati con la stimolazione della luce. Il Dr. Cyganek ha sviluppato la prima nomenclatura per i componenti dell'EEG occipitale nel 1961. Nello stesso anno Hirsch ei suoi colleghi hanno registrato il potenziale evocato visivamente (VEP) sul lobo occipitale (esterno e interno). Nel 1965, Spelmann usò la stimolazione della scacchiera per descrivere il WEP umano. Shikla e colleghi hanno completato un tentativo di localizzare le strutture nel percorso visivo primario. Halliday e colleghi hanno completato i primi studi clinici registrando i VEP ritardati in un paziente con neurite retrobulbare nel 1972. Dagli anni '70 ad oggi, è stata condotta una grande quantità di ricerche approfondite per migliorare le procedure e le teorie, e questo metodo è stato testato anche sugli animali.

Difetti

Lo stimolo luminoso diffuso è usato raramente in questi giorni a causa dell'elevata variabilità sia all'interno che tra i soggetti. Tuttavia, questo tipo è vantaggioso quando si testano neonati, animali o persone con scarsa acuità visiva. I motivi a scacchiera e reticolo utilizzano rispettivamente quadrati e strisce chiari e scuri. Questi quadrati e strisce sono di dimensioni uguali e sono presentati uno per uno sullo schermo del computer (come parte del metodo del potenziale evocato).

Il posizionamento degli elettrodi è estremamente importante per ottenere una buona risposta VEP senza artefatti. In una configurazione tipica (a canale singolo), un elettrodo si trova a 2,5 cm sopra lo ione e l'elettrodo di riferimento si trova a Fz. Per una risposta più dettagliata, è possibile posizionare due elettrodi aggiuntivi a 2,5 cm a destra ea sinistra dell'oncia.

Metodo uditivo dei potenziali evocati del cervello

Puòutilizzato per tracciare il segnale generato dal suono attraverso il percorso uditivo ascendente. Il potenziale evocato si genera nella coclea, passa attraverso il nervo cocleare, attraverso il nucleo cocleare, il complesso olivato superiore, il lemnisco laterale, al collicolo inferiore nel mesencefalo, al corpo genicolato mediale e infine alla corteccia cerebrale. Così funziona il metodo dei potenziali evocati del sistema nervoso centrale, effettuato con l'ausilio del suono.

I potenziali evocati uditivi (AEP) sono una sottoclasse di potenziali correlati agli eventi (ERP). Gli ERP sono risposte cerebrali vincolate nel tempo a un evento come uno stimolo sensoriale, un evento mentale (riconoscimento di uno stimolo target) o il s alto di uno stimolo. Per AEP, un "evento" è un suono. Gli AEP (e gli ERP) sono potenziali di tensione elettrica molto piccoli originati dal cervello, registrati dal cuoio capelluto in risposta a uno stimolo uditivo come vari toni, suoni del linguaggio, ecc.

I potenziali evocati uditivi del tronco cerebrale sono piccoli AEP registrati in risposta a uno stimolo uditivo da elettrodi posti sul cuoio capelluto.

AEP sono usati per valutare la funzione uditiva e la neuroplasticità. Possono essere utilizzati per diagnosticare le difficoltà di apprendimento nei bambini, aiutando a sviluppare programmi educativi specializzati per persone con problemi di udito o cognizione. Nell'ambito della psicologia clinica, il metodo dei potenziali evocati è usato abbastanza spesso.