Исследование вызванных потенциалов головного мозга

Posted at 00:31h in Услуги by doctor
Вызванный потенциал – электрический сигнал, которым нервные клетки отвечают на внешний раздражитель или на выполнение мыслительной задачи.

В 1929 году ХансБергер из Германии обратил внимание на биоэлектрическую активность мозга: при передаче электрического импульса от одного нейрона к другому возникают слабые электрические волны, их способен зафиксировать прибор электроэнцефалограф.

На электроэнцефалограмме отражается общая биоэлектрическая активность мозговой деятельности. Выделить из неё реакцию на внешнее раздражение какого-либо отдельного анализатора зрительного или слухового в то время было невозможно, так как биополе вызванного потенциала (от 0.5 до 15 мкВ) в десятки и сотни раз слабее общей активности мозга (20 — 50мкВ).

Лишь в середине ХХ века появился прибор, позволяющий выделить слабые амплитуды колебаний вызванного потенциала из общей амплитуды мозговой активности. Это происходит методом суммации: раздражение, стимулирующее изучаемый потенциал повторяется от 100 до 1000 раз с точными временными интервалами.

Компьютер суммирует только те отрезки энцефалограммы (ЭЭГ), которые следуют сразу за сенсорным раздражением. Если общая амплитуда в течение этого времени может увеличиваться и уменьшаться, принимать положительные и отрицательные значения и в сумме стремиться к нулю, то вызванный потенциал имеет одну и ту же форму ответа и накапливается в зависимости от числа поданных стимулов.

Чем больше стимулирующих внешних воздействий, тем меньше « уровень шума» общей активности. Вызванный потенциал с высокой собственной амплитудой достаточно чисто выделяется с помощью 50 – 60 повторов, а слабый ответ на раздражитель требует для своего выделения более 500 повторов.

генератор стимулов устройство из электродов на голове;
усилитель биоэлектрических импульсов
аналого-цифровой преобразователь;
компьютер для обработки данных;
принтер для распечатки.

Свойства вызванных потенциалов

Необходимые понятия для расшифровки и интерпретации результатов:

Латентность – время от начала раздражения до максимального значения ответного импульса. Коротко-латентные ВП (меньше 0.050 сек); средне-латентные (0.050 – 0.1 сек.); длинно-латентные (дольше 0.1 сек.).
Амплитуда колебания – размах колебания от максимального до минимального значения.
Полярность. На одно и то же раздражение симметричные отделы головного мозга могут ответить диаметрально противоположно.
Послезаряд – время затухания ответного импульса. Наступает через 0.3 сек после подачи раздражения и длится от 0.5 сек до 1 сек).

Сенсорные вызванные потенциалы разделяются на зрительные, стволовые слуховые, соматосенсорные, моторные. Исследования каждого из них позволяют диагностировать многообразие заболеваний нервной системы.

Реакция органов зрения

Вызванные зрительные потенциалы – биоэлектрические импульсы мозга в ответ на раздражение органов зрения. Они исследуют зрение на всем пути от сетчатки до центров в коре головного мозга, находящихся в затылочной части, и могут установить место и характер его повреждения.

Зрительно вызванные потенциалы (ЗВП) используют зрительный анализатор для оценки работы нервной системы. Они предполагают, что больной в состоянии фокусировать зрение, удерживать взгляд в одной точке.

Если у пациента есть травма глаза, зрительного нерва, нарушены мыслительные способности, метод ЗВП применять не рекомендуется. В большинстве случаев стимуляцию дают на один глаз, используют светодиодные очки.

Реакция на вспышку света. Исследование проводится для пациентов, которые не могут зафиксировать взор или вообще плохо видят; метод используют для ранней диагностики нарушений зрения у новорождённых. Вспышки стимулируют с помощью матрицы в светодиодных очках; они подаются монокулярно. Пациент находится в изолированном от света и звука помещении, глаза его закрыты. Работающие электроды подсоединяют на затылочной области, опорными электродами обычно бывают ушные или лобные. Для получения удовлетворительной картины вызванных потенциалов достаточно провести от 50 до 100 стимулирований. Ответом на внешний раздражитель будет череда колебаний – позитивных и негативных – с одинаковой латентностью.
Реакция на смену шахматного паттерна. Испытуемые наблюдает частую смену клеток – черных и белых. Крупными клетками стимулируется периферическое зрение, мелкие клетки мобилизуют центральное. Чтобы выделить вызванные потенциалы, необходимо сделать 100 – 200 внешних раздражений.

Интерпретация результатов

Для анализа берутся значения: N75; P10; N145. Индекс N означает самый низкий уровень (пик) импульса; P – самый высокий. Цифры 75, 100,

145 означают латентность (длительность) каждого пика.

увеличение латентности (из-за нарушения скорости прохода импульсов по зрительным нервам;
нарушение симметрии, когда показания с правого и левого глаза отличаются (из-за поражения участка коры мозга);
изменение амплитуды, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Особенно важен для правильного диагноза показатель Р100.

Номенклатура и классификация

Схематическое представление транзиентного слухового вызванного ответа
Символы над волнами представляют стандартную электрофизиологическую номенклатуру. Компонент P3 или P300 представляет связанный с событиями потенциал через 300 мс после стимуляции.

В ВП-исследованиях первых лет анализируемые компоненты определялись как позитивные или негативные пики, наблюдавшиеся либо на самих вызванных ответов, либо на разностных ВП. Разностные вызванные потенциалы получались в результате вычитания вызванного ответа, зарегистрированного в задаче, не требующей вовлечения определенных психологических операций, из ВП при другой задаче, где эти операции предположительно должны были протекать. Отклонения потенциала, видимые на разностных вызванных ответвх, могут быть подразделены на разные классы в зависимости от их латентности и полярности (позитивные или негативные), как, например: Р100, N100, N200, Р200, РЗОО, N400, где Р используется для обозначения позитивности, а N — негативности, а число обозначает латентный период (ЛП) пика в миллисекундах. Однако пиковая латентность не является исчерпывающей характеристикой описания компонент вызванных потенциалов. В частности, пиковая латентность так называемой РЗb-компоненты, в зависимости от сложности задачи по дискриминации целевого/нецелевого стимула, может варьировать в пределах нескольких сотен миллисекунд. Даже полярность определенной компоненты может зависеть от условий регистрации вызванных ответов. Так, компонента С1, которая генерируется в VI области зрительной коры, негативна для стимулов, предъявляемых в верхней части зрительного поля, и позитивна для стимулов из нижней его области. Причиной этого является особая анатомическая пространственная организация 17-го поля Бродмана (ПБ) коры головного мозга.

Другой подход в классификации вызванных потенциалов подразумевает рассмотрение компонент с позиций их функциональной значимости. Существует несколько компонент ВП, которые регистрируются только в определенных поведенческих парадигмах и носят специальные обозначения в соответствии с их предполагаемой функцией. Одними из наиболее исследованных компонент ВП являются: «негативность рассогласования» (HP) как показатель детекции изменений повторяющейся слуховой стимуляции; «процессная негативность» (ПН) как показатель фокусирования внимания на одном из сенсорных каналов; «негативность ошибки» (НО) как показатель некорректных, ошибочных действий в длительном выполнении тестового задания; N2 NOGO компонента как показатель подавления моторной реакции, Р3b-компоненты как показатель обновления рабочей памяти; Р3а-компоненты как показатель непроизвольного переключения внимания.

Зрительные вызванные потенциалы

Нормальные визуально вызванные потенциалы с двумя положительными пиками на 100 (здесь 109 мс после стимуляции) и 200 мс
Зрительный или вызванный потенциал (ЗВП, VEP) – представляют собой электрические сигналы, генерируемые зрительной корой в ответ на визуальную стимуляцию. Вызываются световыми вспышками или определенным паттерном, например шахматная доска, и регистрируются с затылочных электродов. Используется для подтверждения повреждения зрительного пути,5 включая сетчатку, зрительный нерв, зрительный хиазм, зрительнуя лучистость и затылочную кору.6 Одно из применений – измерение остроты зрения у детей. Электроды помещаются на голову младенца над зрительной корой, а на сером фоне попеременно отображается шахматная доска, либо решетчатый рисунок. Если поля или полоски контролера достаточно велики, чтобы их можно было обнаружить, генерируются зрительные вызванные потенциалы; в противном случае ничего не генерируется. Это объективный способ измерения остроты зрения ребенка.7

Зрительный вызванный потенциал наиболее чувствителен к нарушениям зрения, которые не могут быть обнаружены только при физикальном осмотре или МРТ, даже если при этом нельзя выяснить этиологию. Зрительные вызванные потенциалы могут быть патологическими при: неврите зрительного нерва; невропатии зрительного нерва; демиелинизирующем заболевании; рассеянном склерозе; атаксии Фридрейха; дефиците витамина B12; нейросифилисе; мигрени; ишемической болезни; опухоли, сдавливающей зрительный нерв, глазной гипертонии; глаукоме; диабете; токсической амблиопии; алюминиевой нейротоксичности; марганцевой интоксикации; ретробульбарном неврите и черепно-мозговой травме.8

Компонент P100 ответа зрительного вызванного потенциала имеет большое клиническое значение. Например, пациенты с острым тяжелым невритом зрительного нерва часто теряют реакцию Р100 или имеют сильно ослабленные реакции. Клиническое выздоровление и улучшение зрения приходят с восстановлением Р100, но с аномально увеличенной латентностью, которая продолжается бесконечно, и поэтому она может быть полезна в качестве индикатора предыдущего или субклинического неврита зрительного нерва.9

Зрительные вызванные потенциалы у пациента с рассеянным склерозом с невритом зрительного нерва.

ЗВП регистрируются с помощью электрода, расположенного в средней затылочной (Oz) области, относительно среднего лобного (Fz) канала. (A) Нормальный ответ приводит к последовательности трех основных отрицательных (N) — положительных (P) — отрицательных (N) компонентов, которые достигают пика примерно через 75–100–145 мс, с топографическим распределением в затылочной и средней линии. Все компоненты формируются в полосатой коре. ЗВП интерпретируются с точки зрения различий в латентности, амплитуде и межпозвоночном эффекте компонента P100, который является наиболее стабильным компонентом, полученным после стимуляции с изменением структуры. (B) Аномальный P100 у 26-летней пациентки с диагнозом острый неврит левого зрительного нерва и сенсорные нарушения в качестве начальных симптомов.

Типы зрительных вызванных потенциалов

Некоторые специфичные ЗВП:

Монокулярный реверсивный паттерн (наиболее распространенный) (англ. Monocular pattern reversal)
ЗВП развёртки (англ. Sweep visual evoked potential)
Бинокулярный ЗВП (англ. Binocular visual evoked potential)
Хроматический ЗВП (англ. Chromatic visual evoked potential)
Полу-польний ЗВП (англ. Hemi-field visual evoked potential)
ЗВП, стимулированный вспышкой (англ. Flash visual evoked potential)
LED Goggle ЗВП
ЗВП, стимулированный движением (англ. Motion visual evoked potential)
Многофокальный ЗВП (англ. Multifocal visual evoked potential)
Многоканальный ЗВП (англ. Multi-channel visual evoked potential)
Многочастотный ЗВП (англ. Multi-frequency visual evoked potential)
Стерео-вызванный ЗВП (англ. Stereo-elicited visual evoked potential)
Устойчивый визуально вызванный потенциал (англ. Steady state visually evoked potential)

Слуховые вызванные потенциалы

Слуховой вызванный потенциал
Слуховые вызванные потенциалы (СВП, AEP) могут использоваться для отслеживания сигнала, генерируемого звуком, по восходящему слуховому пути. Вызванный потенциал генерируется в улитке, проходит через улитковый нерв, через улитковое ядро, верхний оливковый комплекс, латеральный лемнискус, к нижнему колликулюсу в среднем мозге, к срединному коленчатому телу и, наконец, к коре головного мозга.10 Слуховой вызванный потенциал представляет собой очень малые потенциалы электрического напряжения, исходящие из мозга, которые регистрируются на коже головы в ответ на слуховой раздражитель, такой как различные тоны, речевые звуки и т. д., которые регистрируются в ответ на слуховой стимул от электродов, помещенных на кожу головы.

Слуховые вызванные потенциалы были разделены на компоненты с коротким временем ожидания, с задержкой менее 10 мс у взрослых; СВП с большой задержкой, превышающей 50 мс; и СВП со средней задержкой.

Слуховые вызванные потенциалы служат для оценки функционирования слуховой системы и нейропластичности.11 Их можно использовать для диагностики нарушений слуха у детей, может быть оценено пороговое значение слуха, что помогает в разработке специальных образовательных программ для людей с проблемами слуха или познания.12

Соматосенсорные вызванные потенциалы

Соматосенсорные вызванные потенциалы (ССВП, SSEP) – это ВП, регистрируемые в головном или спинном мозге при повторной стимуляции периферических нервов. Соматосенсорные вызванные потенциалы используются в нейромониторинге для оценки функции спинного мозга пациента во время операции. Они регистрируются путем стимуляции чаще всего большеберцового нерва, срединного нерва или локтевого нерва, обычно с помощью электрического стимула. Ответ затем записывается с кожи головы пациента.

Левая сторона: нормальные соматосенсорные вызванные потенциалы с короткой латентностью (SSEPS) после стимуляции срединного нерва (верхняя фотография) и заднего большеберцового нерва (нижняя фотография). Правая сторона: верхнее изображение показывает нормальные срединные нервные SSEPS, в то время как потенциалы скальпа от заднего большеберцового нерва (нижнее изображение) показывают рассеянный потенциал P37 с длительной латентностью

Электрические стимулы все же являются наиболее распространенными для проведения соматосенсорных вызванных потенциалов из-за легкости исполнения и надежности.13 ССВП может использоваться для прогноза состояния пациентов с тяжелой черепно-мозговой травмой.14 Поскольку соматосенсорный вызванный потенциал с задержкой менее 50 мс, относительно, не зависит от сознания, при раннем использовании у коматозного пациента он может надежно и эффективно предсказать исход.15 Например, коматозные пациенты без двусторонней реакции, в 95% не оправляются от комы.16 Но нужно быть внимательным, анализируя результат. Например, повышенная седация и другие повреждения ЦНС могут повлиять на соматосенсорные вызванные потенциалы.

Из-за низкой амплитуды сигнала после того, как он достигает скальпа пациента, и относительно высокого уровня электрического шума, вызванного фоновой ЭЭГ, ЭМГ мышцы головы или электрическими устройствами в комнате, сигнал должен быть усреднен. Использование усреднения улучшает отношение сигнал/шум. Как правило, в операционной комнате для адекватного разрешения вызванного потенциала необходимо использовать более 100 и до 1000 средних значений.

Двумя наиболее изученными аспектами ССВП являются амплитуда и задержка пиков. Наиболее преобладающие пики были изучены и названы в лабораториях. Каждой вершине присваивается буква и номер в названии. Например, N20 относится к отрицательному пику (N) при 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 задержка и амплитуда пика относительно базовой линии пациента после интубации являются важным показателем. Резкое увеличение латентности или уменьшение амплитуды являются показателями неврологической дисфункции.

Во время операции большое количество используемых анестезирующих газов может повлиять на амплитуду и латентность ССВП. Любой из галогенированных агентов или закиси азота увеличит латентность и уменьшит амплитуды ответов, иногда до такой степени, что ответ не обнаруживается. По этой причине обычно используется анестетик, включающий меньше галогенированного агента и больше внутривенных снотворных и наркотических средств.

Лазерные вызванные потенциалы

Обычные ССВП контролируют функционирование части соматосенсорной системы, связанной с такими ощущениями, как прикосновение и вибрация. Часть соматосенсорной системы, которая передает сигналы боли и температуры, контролируется с помощью вызванных лазером потенциалов (ЛВП, LEP). Вызванные лазером потенциалы используют для обнаружения нарушений проводимости через спиноталамические тракты. Потенциалы вызываются инфракрасным лазерным стимулом. Излучение направлено на создание болезненного теплового раздражения на коже кисти и стопы. В периферической нервной системе болевые и тепловые сигналы передаются по тонким (C и A-дельта) волокнам к спинному мозгу далее в таламус и кору головного мозга. ЛВП можно использовать для определения того, есть ли повреждения в спиноталамическом пути, либо невропатия в этих мелких чувсвительных волокнах, или же в более крупных (осязание, вибрация) волокнах.17

Моторный вызванный потенциал

Результаты мониторинга транскраниального электрического вызванного потенциалы от первой дорсальной межкостной (FDI) и передней большеберцовой (ATib) мышц
Моторные вызванные потенциалы (МВП, MEP) регистрируются мышцами после прямой стимуляции обнаженной моторной коры или транскраниальной стимуляции моторной коры, магнитной или электрической. Транскраниальный магнитный МВП (TCmMEP) обладает высоким клинико-диагностическим потенциалом. Транскраниальный электрический MВП (TCeMEP) широко использовался в течение нескольких лет для интраоперационного мониторинга функциональной целостности пирамидного тракта.

В течение 1990-х годов предпринимались попытки контролировать «моторные вызванные потенциалы», в том числе «нейрогенные моторные вызванные потенциалы», регистрируемые периферическими нервами, после прямой электрической стимуляции спинного мозга. Стало ясно, что эти «моторные» потенциалы были почти полностью вызваны антидромной стимуляцией сенсорных путей – даже когда запись велась с мышц (антидромная стимуляция сенсорных путей запускает миогенные реакции через синапсы на уровне корневого элемента). TCMEP будь то электрический или магнитный, является наиболее практичным способом обеспечения чисто двигательных реакций, поскольку стимуляция сенсорной коры не может привести к нисходящим импульсам за пределами первого синапса (синапсы не могут дать обратный импульс).

Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС,TMS), индуцированная МВП, использовались во многих экспериментах когнитивной нейробиологии. Поскольку амплитуда МВП коррелирует с двигательной возбудимостью, они предлагают количественный способ проверки роли различных типов вмешательств в двигательной системе (фармакологическое, поведенческое, поражение и т. д.). Таким образом, транскраниальные электрические стимуляции, индуцированные МВП, могут служить показателем скрытой подготовки или облегчения моторики, например, индуцированной системой зеркальных нейронов при наблюдении чужих действий.18 Кроме того, МВП используются в качестве эталона для регулировки интенсивности стимуляции, которая должна доставляться ТМС при нацеливании на кортикальные области, ответ которых может быть не так легко измеримым, например, в контексте терапии на основе транскраниальной магнитной стимуляции.

Стволовые вызванные потенциалы на акустическую стимуляцию

Слуховые вызванные потенциалы — это ответ слухового нерва и участков головного мозга (его стволовой части) на слуховые раздражения.

Самыми распространенными во врачебной деятельности являются коротколатентные акустической стимуляцией вызванные потенциалы– КАСВП.

Звуковой сигнал на своем пути проходит 5 «станций» — отделов центральной нервной системы. Каждый из этих центров отвечает на раздражение амплитудой колебаний биоэлектрического поля с позитивными (Р) и негативными (N) пиками.

Всплески амплитуд производятся нервными центрами в таком порядке: I.слуховой нерв → II. кохлеарное ядро →III. олива →IV. латеральная петля →V.нижнее двухолмие и кора головного мозга.

Путь передачи сигнала слухового анализатора проходит по стволовому отделу головного мозга, который связан с жизненно важными функциями организма и его познавательными возможностями. Поэтому КАСВП применяют при оценке состояния тяжелых больных, находящихся в коме, а также при оценке интеллектуальной деятельности человека.

Методика КАСВП состоит в использовании стимуляции короткими щелчками сначала на одно ухо, потом на другое. Длительность звука – 0.1 миллисекунды, частота – 10 щелчков в секунду.

Для фиксации вызванного потенциала активный электрод помещают на темя, контрольный – на мочку уха, воспринимающего раздражитель, заземление – на противоположное ухо.

Для точного вывода КАСВП из общего фона ЭЭГ число стимулирующих сигналов должно быть около 3000 с двукратным усреднением. В результате получится график волнообразной функции с пятью положительными и отрицательными пиками.

Интерпретация результатов

Отсутствие волн или наличие только одной амплитуды вместо пяти говорит об угнетении жизненных центров и дает плохой прогноз для дальнейшей жизни.

интервал между I, II и III пиками увеличен;
амплитуда III стала меньше;
изменились волны II, IV, V центров.

Недавние исследования установили, что компонент III графика вызванных потенциалов слухового анализатора – Р300 (Р – обозначение положительного пика, 300 – латентный период) связан с познавательными вызванными потенциалами.

Уменьшение амплитуды Р300 и удлинение её латентного периода могут свидетельствовать о болезнях интеллектуальной сферы: шизофрения, слабоумие, аутизм, паркинсонизм, болезнь Альцгеймера.

Анализ слуховых вызванных потенциалов незаменим при поиске причин нарушений речи и слуха у детей, т.к. позволяют установить, на какой стадии передачи звукового сигнала происходит сбой: или это периферическое нарушение, или поражение ЦНС.

очему это важно?

Отолитовые органы находятся во внутреннем ухе слева и справа. Они являются усилителями информации о гравитации, которая поступает в мозг. На основе этой информации человек может сохранять вертикальное положение тела, автоматически регулировать мышечный тонус, ориентироваться в пространстве. Эти способности являются фундаментом для всех видов когнитивной деятельности. Отолитовые органы также реагируют на прямолинейное ускорение и вибрацию. У многих детей есть скрытые нарушения отолитовой функции.

Функции отолитового аппарата можно развивать с помощью специальных упражнений. ВМВП позволяет оценить динамику изменений.