Potensial bangkitan kortikal (cortical evoked potential atau CEP) adalah perubahan tegangan langsung yang terikat waktu yang terjadi ketika populasi neuron kortikal diganggu secara langsung, biasanya dengan denyut stimulasi magnetik transkranial (TMS) atau arus listrik singkat yang diterapkan pada permukaan kortikal.
Sinyal tersebut muncul pada elektroensefalogram (EEG) sebagai simpangan kecil yang cepat, tetapi fitur penentunya adalah asalnya. Label kortikal menandakan bahwa aktivitas yang direkam mencerminkan eksitabilitas lokal, pemrosesan sinaptik di dalam korteks, dan transmisi antar area kortikal, dan bukan kedatangan informasi sensorik dari mata, telinga, atau stasiun relai subkortikal.
Apa itu Cortical Evoked Potentials?
Cortical evoked potentials adalah perubahan terukur dalam aktivitas listrik yang mengikuti stimulus sensorik atau listrik yang ditentukan. Berbeda dengan aktivitas EEG spontan, aktivitas ini terikat waktu pada suatu peristiwa dan dinilai dengan memeriksa fitur-fitur seperti:
Latensi
Amplitudo
Bentuk gelombang
Distribusi spasial
Respons-respons ini memberikan jendela untuk melihat waktu dan integritas jalur saraf yang menghubungkan perifer dengan korteks.
Peran Korteks dalam Evoked Potentials
Korteks adalah tujuan bagi banyak jalur sensorik, tetapi respons kortikal tidak terjadi secara terisolasi. Sinyal disaring dan diubah saat melewati reseptor perifer, jalur kranial atau tulang belakang, batang otak, dan sirkuit talamus. Oleh karena itu, respons akhir mencerminkan konduksi jalur dan jaringan kortikal yang menginterpretasikan atau mengintegrasikan informasi yang masuk.
Cortical evoked potentials juga dapat bervariasi tergantung pada tingkat kewaspadaan, perhatian, usia, obat-obatan, dan kondisi sistem saraf. Waktunya dapat menawarkan informasi tentang kecepatan transmisi, sementara distribusinya dapat menyarankan wilayah kortikal mana yang berpartisipasi dalam respons tersebut. Untuk latar belakang yang lebih luas tentang aktivitas yang terkunci pada stimulus dan perbedaannya dari sinyal otak spontan, lihat ikhtisar tentang evoked potentials dalam EEG ini.
Dari Mana Sinyal CEP Berasal di Korteks?
Sinyal EEG yang membentuk CEP muncul dari jumlah potensial pascasinaps dari puluhan ribu neuron piramidal yang tersusun secara paralel di dalam korteks.
Ketika pulsa TMS atau stimulus listrik kortikal menggerakkan populasi kortikal, sinapsis melepaskan neurotransmiter, reseptor pascasinaps terbuka, ion mengalir, dan arus pascasinaps yang dihasilkan menciptakan medan listrik yang terukur. CEP adalah pembacaan EEG dari arus kortikal intrinsik tersebut.
Contoh yang berguna berasal dari potensial kortikal yang ditimbulkan oleh TMS di korteks motorik. Ketika satu pulsa TMS mengaktifkan korteks, ia menghasilkan serangkaian komponen bentuk gelombang.
Potensial negatif awal muncul sekitar 45 milidetik setelah pulsa. Potensial negatif yang lebih lambat muncul sekitar 100 milidetik.
Setiap komponen membawa tanda fisiologis yang berbeda karena sinapsis kortikal dan sistem reseptor yang berbeda membentuknya. Komponen awal dan komponen akhir merespons secara berbeda terhadap obat-obatan yang memanipulasi reseptor GABA-A dan GABA-B, seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen pharmaco-TMS-EEG. Pemisahan farmakologis itu memberi tahu kita bahwa komponen bentuk gelombang adalah pembacaan berlapis dari sirkuit pascasinaps tertentu.
Cara Membedakan Respons TMS Perifer vs. Kortikal
Pulsa TMS yang dikirim ke kulit kepala bukanlah intervensi bersih yang hanya mengenai korteks. Medan magnet juga merangsang akson sensorik di kulit kepala, memicu kedutan otot kecil di dekat koil, dan menghasilkan suara klik yang tajam.
Klik tersebut mengaktifkan korteks auditori, dan sensasi kulit kepala mengaktifkan korteks somatosensorik. Input sensorik sekunder tersebut menghasilkan potensial kortikal dengan pola temporal dan spasial yang sangat mirip dengan CEP yang dihasilkan oleh stimulasi kortikal langsung.
Sebagai konsekuensinya, kontrol sham (palsu) yang realistis mencoba mengatasi hal ini dengan meniru suara dan sensasi kulit kepala dari TMS sambil menghindari stimulasi kortikal transkranial. Dalam sebuah studi tahun 2018, ketika para peneliti memberikan sham TMS dengan koil yang diorientasikan untuk mengurangi aktivasi kortikal langsung, potensial yang diinduksi oleh sham sangat tumpang tindih dengan potensial TMS yang sebenarnya. Tumpang tindih ini tetap ada bahkan ketika penyelidik menggunakan bantalan busa di bawah koil dan penyamaran kebisingan pendengaran untuk mengurangi kerancuan perifer.
Selain itu, para penulis melaporkan bahwa pada 17 sukarelawan muda yang sehat, fitur temporal dan spasial dari komponen evoked potential TMS awal dan akhir setelah TMS nyata sangat mirip dengan potensial setelah sham TMS yang realistis, baik saat diuji di atas korteks parietal posterior maupun gyrus frontal superior.
Temuan ini menekankan betapa sulitnya memisahkan respons kortikal yang asli dari kerancuan sensorik perifer. Tanpa kondisi kontrol yang ketat, membedakan eksitasi saraf langsung dari umpan balik sensorik sekunder tetap menjadi hambatan yang signifikan.
Bagaimana CEP Melacak Konektivitas Kortiko-Kortikal
Ketika para peneliti merekam dari kisi-kisi elektroda subdural yang ditempatkan langsung di permukaan kortikal, versi CEP yang berbeda muncul: cortico-cortical evoked potential.
Di sini, pulsa listrik kecil dikirim ke satu wilayah kortikal dan aktivitas yang dihasilkan direkam di elektroda kortikal lainnya. Karena stimulasi dan perekaman terjadi di dalam korteks, kerancuan sensorik perifer dari kulit kepala dapat dihilangkan. Pengaturan ini mengubah CEP menjadi pelacak konektivitas, memetakan jalur yang menghubungkan wilayah kortikal.
Bukti dari sistem bahasa manusia mengilustrasikan cara kerjanya. Pada delapan pasien yang menjalani pemantauan epilepsi invasif, para peneliti pertama-tama menggunakan stimulasi listrik kortikal konvensional untuk mengidentifikasi area bahasa anterior dan posterior. Mereka kemudian mengirimkan pulsa listrik tunggal ke area-area tersebut dan merata-ratakan elektrokortikogram yang dihasilkan dari elektroda bahasa temporal basal perisylvian dan extrasylvian.
Di dalamnya, para peneliti melaporkan bahwa stimulasi pada area bahasa anterior menghasilkan cortico-cortical evoked potentials di area temporo-parietal lateral pada tujuh dari delapan pasien. Respons tersebut muncul di bagian tengah dan posterior gyrus temporal superior, gyrus temporal tengah yang berdekatan, dan gyrus supramarginal.
Yang penting, potensial tersebut juga terjadi pada atau di dekat elektroda bahasa posterior spesifik yang menghasilkan penghentian bicara (speech arrest) saat distimulasi. Sebaliknya, stimulasi pada area motorik wajah yang berdekatan tidak menimbulkan respons di area bahasa. Respons tersebut justru muncul di gyrus postcentral.
Apa yang dikatakan oleh potensial yang merambat ini tentang generator saraf?
Setiap apa yang disebut potensial bangkitan lambat (late evoked potential) muncul di elektroda kortikal hanya setelah adanya penundaan kopling. Penundaan itu mencerminkan waktu yang dibutuhkan oleh aktivitas saraf untuk merambat di sepanjang jalur kortiko-kortikal dari lokasi stimulasi ke lokasi perekaman. Oleh karena itu, potensial yang direkam tampaknya mewakili aktivitas saraf yang ditransmisikan melalui koneksi anatomis antara wilayah kortikal.
Data bahasa juga menunjukkan arsitektur yang lebih berjejaring daripada model klasik Wernicke-Geschwind yang diusulkan. Stimulasi pada area bahasa anterior menghasilkan potensial di wilayah bahasa posterior dan area temporal basal. Sementara itu, stimulasi pada area bahasa posterior menghasilkan potensial di area bahasa anterior dan, pada sebagian kecil pasien, area temporal basal.
Pola dua arah ini menunjukkan proyeksi umpan maju (feed-forward) dan umpan balik (feed-back) antara wilayah Broca dan Wernicke, yang berpotensi dimediasi oleh fasikulus arkuata, jalur kortiko-subkortiko-kortikal, atau keduanya.
Lebih jauh lagi, potensial tersebut direkam dari wilayah kortikal yang lebih besar daripada area bahasa posterior yang diidentifikasi oleh stimulasi listrik saja, yang menunjukkan bahwa jaringan saraf yang lebih luas mengelilingi wilayah inti yang dikenali.
Tanda Neurotransmiter dari Cortical Evoked Potentials
Komponen potensial EEG yang ditimbulkan oleh TMS bergeser secara terprediksi ketika sinapsis kortikal tertentu dimanipulasi dengan obat-obatan. Korteks tampaknya mengandalkan penghambatan GABAergik untuk menyeimbangkan eksitasi.
Reseptor GABA-A memediasi pensinyalan penghambatan yang cepat. Reseptor GABA-B memediasi penghambatan yang lebih lambat dan bertahan lebih lama. Eksperimen pharmaco-TMS-EEG yang disebutkan sebelumnya menguji efek senyawa yang bekerja pada masing-masing sistem, dengan fokus pada komponen N45 sekitar 45 milidetik dan komponen N100 sekitar 100 milidetik.
Temuan tersebut mengikuti pola yang konsisten:
Modulasi positif reseptor GABA-A dengan benzodiazepin, khususnya alprazolam dan diazepam, meningkatkan amplitudo komponen negatif awal pada sekitar 45 milidetik.
Zolpidem, yang bekerja terutama pada reseptor GABA-A yang mengandung subunit-α1, juga meningkatkan N45, tetapi membiarkan komponen yang lebih lambat tidak berubah.
Benzodiazepin cenderung mengurangi komponen negatif lambat sekitar 100 milidetik.
Baclofen, obat yang mengaktifkan reseptor GABA-B secara langsung, secara spesifik meningkatkan amplitudo N100.
Efek diferensial ini menunjukkan bahwa komponen N45 tampaknya mewakili aktivitas yang didorong oleh reseptor GABA-A yang mengandung subunit-α1. Komponen N100 tampaknya mewakili aktivitas reseptor GABA-B. Ini seperti komponen bentuk gelombang yang dipetakan ke dalam mekanisme reseptor sinapsis tertentu di korteks manusia.
Hal itu membuat komponen TMS-EEG menjadi kandidat penanda untuk mempelajari keseimbangan penghambatan dan eksitasi pada kondisi seperti epilepsi atau skizofrenia, di mana pensinyalan GABAergik terlibat.
Bagaimana CEP Mencerminkan Keadaan Otak dan Perubahan Tergantung Usia
Amplitudo cortical evoked potential tidak tetap bahkan dalam diri individu yang sama. Ia bergeser seiring dengan keadaan intrinsik korteks pada saat stimulasi.
Sebuah studi osilasi lambat tidur mencoba mendemonstrasikan hal ini secara langsung. Ketika para peneliti menargetkan korteks motorik primer dengan TMS pulsa tunggal selama tidur non-rapid eye movement, mereka memicu stimulasi secara online berdasarkan deteksi EEG otomatis dari keadaan naik (up-states) dan keadaan turun (down-states) osilasi lambat.
Up-states berhubungan dengan fase depolarisasi global. Down-states berhubungan dengan fase hiperpolarisasi.
Para penulis menemukan bahwa dibandingkan dengan kondisi terjaga, potensial motorik yang ditimbulkan saat tidur berukuran lebih kecil dan tertunda. Potensial EEG yang ditimbulkan oleh TMS saat tidur pada dasarnya berubah, sangat mirip dengan osilasi lambat spontan. Namun, temuan kritis yang bergantung pada keadaan adalah bahwa baik potensial motorik maupun potensial EEG yang ditimbulkan oleh TMS secara konsisten lebih besar ketika ditimbulkan selama up-states daripada selama down-states.
Lebih jauh lagi, amplitudo dalam setiap keadaan tidur bergantung pada potensial EEG aktual pada waktu dan lokasi stimulasi yang tepat. Eksitabilitas korteks bergeser di dalam osilasi itu sendiri, dengan resolusi milidetik. Temuan ini menunjukkan bahwa fase gelombang otak dan eksitabilitas kortikal berpasangan dengan cara yang terukur.
Kisah serupa muncul dari penelitian penuaan, tetapi dengan perbedaan tajam antara perubahan fisiologis dan patologis. Ketika para peneliti membandingkan potensial EEG yang ditimbulkan oleh TMS pada lansia yang sehat, individu muda yang sehat, dan pasien dengan penyakit Alzheimer, mereka menemukan bahwa penuaan fisiologis tidak mengubah respons EEG terhadap TMS pada korteks frontal superior kiri. Lansia yang sehat dan orang muda yang sehat menghasilkan potensial kortikal yang serupa.
Respons tersebut berubah secara nyata hanya pada pasien dengan penyakit Alzheimer dan gangguan kognitif. Disosiasi ini menunjukkan bahwa CEP tidak sensitif terhadap perubahan kortikal normal terkait usia, tetapi sensitif terhadap disfungsi kortikal patologis yang terkait dengan penurunan kognitif.
Di seluruh kondisi tidur dan penuaan, prinsip yang sama berlaku: CEP bergantung pada potensial membran kortikal, keadaan sinapsis, dan keadaan otak yang ada pada saat stimulasi. Karena ketergantungan itu, mereka memungkinkan ilmuwan saraf untuk menyelidiki perubahan dalam eksitabilitas kortikal dari waktu ke waktu, di berbagai keadaan, dan dalam kaitannya dengan proses patologis.
Arah Masa Depan dan Penelitian dalam Cortical Evoked Potentials
Penelitian bergerak menuju deskripsi yang lebih tepat tentang bagaimana respons evoked bervariasi di antara individu, uji coba, wilayah kortikal, dan keadaan kesadaran.
Perekaman kulit kepala densitas tinggi, pengambilan sampel intrakranial yang ditingkatkan, dan pemetaan anatomis-fungsional yang dikombinasikan dapat membantu memperjelas hubungan antara tegangan yang direkam dan sumber saraf yang mendasarinya. Standar yang lebih baik untuk pengiriman stimulus dan metadata sama pentingnya karena konsistensi teknis mendukung perbandingan yang bermakna.
Analisis sinyal juga berkembang melampaui identifikasi visual sederhana dari puncak gelombang. Metode uji coba tunggal (single-trial), pemodelan statistik, estimasi sumber, dan pendekatan pembelajaran mesin yang divalidasi dengan cermat dapat mempertahankan informasi yang dihilangkan oleh perataan konvensional. Metode-metode ini masih harus diuji terhadap sensitivitas artefak, pergeseran kumpulan data, interpretabilitas, dan titik akhir yang bermakna secara klinis, bukan hanya dinilai dari kinerja prediktifnya.
Terakhir, studi di masa depan akan mendapat manfaat dari pelaporan yang transparan dan definisi analitis bersama. Deskripsi umum tentang stimulasi, montase perekaman, pemrosesan awal, jendela respons, dan kriteria signifikansi dapat membuat temuan lebih mudah direproduksi di berbagai laboratorium. Tujuan yang lebih luas bukan sekadar untuk mendapatkan bentuk gelombang yang lebih besar, melainkan untuk menghubungkan cortical evoked potentials dengan pengukuran yang andal dari fungsi jalur, komunikasi jaringan, dan fisiologi yang relevan dengan pasien.
Mengapa Mendengarkan Kortikal Secara Langsung Mengubah Cara Kita Mempelajari Kesehatan Otak
Cortical evoked potentials membingkai ulang pertanyaan tentang bagaimana kita mendengar otak: alih-alih melacak sinyal sensorik dari dunia luar, mereka menangkap respons korteks itu sendiri terhadap stimulasi langsung.
Sinyal-sinyal ini mencerminkan kerja sinapsis lokal, aktivitas spesifik reseptor, dan komunikasi antar wilayah kortikal, yang semuanya bergeser seiring dengan keadaan otak dan penyakit. Dengan menghubungkan komponen bentuk gelombang tertentu ke sistem reseptor GABAergik dan memetakan jalur bahasa dua arah, teknik ini mengubah defleksi EEG menjadi pembacaan fungsional fisiologi kortikal.
Yang patut diperhatikan, pembacaan itu hanya menjadi dapat dipercaya ketika para peneliti memisahkan korteks dari kulit kepala dan telinga. Kontrol sham yang realistis dan perekaman invasif menunjukkan bahwa aktivasi kortikal langsung dapat dibedakan dari kebisingan sensorik perifer, dan kontrol yang sama membuat studi obat dan perbandingan penuaan dapat diinterpretasikan.
Sebagai hasilnya, cortical evoked potentials paling baik dipahami sebagai penanda praktis untuk mengukur eksitabilitas kortikal, konektivitas, dan disfungsi patologis pada kondisi seperti epilepsi, skizofrenia, dan penyakit Alzheimer, daripada sebagai jawaban pasti tentang cara kerja otak.
Referensi
Premoli, I., Castellanos, N., Rivolta, D., Belardinelli, P., Bajo, R., Zipser, C., ... & Ziemann, U. (2014). TMS-EEG signatures of GABAergic neurotransmission in the human cortex. The Journal of Neuroscience, 34(16), 5603-5612. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.5089-13.2014
Conde, V., Tomasevic, L., Akopian, I., Stanek, K., Saturnino, G. B., Thielscher, A., ... & Siebner, H. R. (2019). The non-transcranial TMS-evoked potential is an inherent source of ambiguity in TMS-EEG studies. Neuroimage, 185, 300-312. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2018.10.052
Matsumoto, R., Nair, D. R., LaPresto, E., Najm, I., Bingaman, W., Shibasaki, H., & Lüders, H. O. (2004). Functional connectivity in the human language system: a cortico-cortical evoked potential study. Brain, 127(10), 2316-2330. https://doi.org/10.1093/brain/awh246
Bergmann, T. O., Mölle, M., Schmidt, M. A., Lindner, C., Marshall, L., Born, J., & Siebner, H. R. (2012). EEG-guided transcranial magnetic stimulation reveals rapid shifts in motor cortical excitability during the human sleep slow oscillation. The Journal of Neuroscience, 32(1), 243-253. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.4792-11.2012
Casarotto, S., Määttä, S., Herukka, S. K., Pigorini, A., Napolitani, M., Gosseries, O., ... & Massimini, M. (2011). Transcranial magnetic stimulation-evoked EEG/cortical potentials in physiological and pathological aging. Neuroreport, 22(12), 592-597. https://doi.org/10.1097/WNR.0b013e328349433a
Pertanyaan yang Sering Diajukan
Apa itu cortical evoked potential?
Cortical evoked potential adalah perubahan tegangan terikat waktu yang direkam pada EEG yang terjadi ketika sekelompok neuron kortikal distimulasi secara langsung, biasanya dengan pulsa TMS atau arus listrik. Berbeda dengan respons terhadap peristiwa sensorik, ini mencerminkan eksitabilitas internal dan pemrosesan sinapsis korteks itu sendiri, bukan informasi sensorik yang masuk.
Bagaimana perbedaan antara cortical evoked potential dan sensory evoked potential?
Sensory evoked potential melacak bagaimana stimulus eksternal merambat dari organ indra melalui batang otak dan talamus ke dalam korteks, sedangkan cortical evoked potential dimulai dengan stimulasi langsung pada korteks itu sendiri. Perbedaannya adalah pada arahnya: potensial sensorik melacak input yang masuk (aferen), sedangkan cortical evoked potentials menyelidiki pemrosesan lokal dan keluar (eferen) di dalam jaringan kortikal.
Dari mana sinyal untuk cortical evoked potential berasal?
Sinyal berasal dari jumlah potensial pascasinaps dari puluhan ribu neuron piramidal yang tersusun secara paralel di dalam korteks. Ketika pulsa langsung menggerakkan neuron-neuron ini, sinapsis melepaskan neurotransmiter dan ion mengalir, menciptakan medan listrik terukur yang menjadi evoked potential.
Mengapa kontrol sham diperlukan saat mempelajari potensial yang ditimbulkan oleh TMS?
Pulsa TMS juga merangsang akson sensorik di kulit kepala, memicu kedutan otot, dan menciptakan suara klik yang mengaktifkan korteks auditori dan somatosensorik, menghasilkan potensial yang menyerupai respons kortikal langsung. Kontrol sham yang realistis meniru sensasi perifer ini sambil menghindari stimulasi transkranial, memungkinkan peneliti memisahkan aktivasi kortikal yang sebenarnya dari kontribusi perifer. Tanpa kontrol tersebut, respons EEG dapat mencerminkan pemrosesan sensorik perifer, bukan aktivasi kortikal langsung.
Bagaimana obat-obatan yang berbeda memengaruhi komponen bentuk gelombang dari cortical evoked potentials?
Obat-obatan yang memodulasi reseptor GABA-A secara positif meningkatkan komponen negatif awal dari potensial yang ditimbulkan oleh TMS, sementara zolpidem secara spesifik memengaruhi komponen awal tersebut tanpa mengubah komponen yang lebih lambat. Baclofen, yang mengaktifkan reseptor GABA-B, meningkatkan komponen negatif lambat. Ini menunjukkan bahwa komponen bentuk gelombang yang berbeda dipetakan ke dalam mekanisme reseptor pascasinaps tertentu di korteks.
Bagaimana cortical evoked potentials berubah seiring dengan keadaan otak dan penuaan?
Eksitabilitas kortikal bergeser di dalam osilasi otak itu sendiri, dengan resolusi milidetik, yang berarti amplitudo dari evoked potential bergantung pada fase gelombang otak pada saat stimulasi. Penuaan fisiologis tidak mengubah respons kortikal terhadap TMS, tetapi kondisi patologis seperti penyakit Alzheimer menghasilkan potensial yang sangat berbeda, yang menunjukkan bahwa CEP sensitif terhadap disfungsi kortikal patologis tetapi tidak terhadap perubahan normal terkait usia.
Apa yang diungkapkan oleh stimulasi area bahasa tentang konektivitas kortikal?
Stimulasi langsung pada area bahasa anterior menghasilkan evoked potentials di wilayah bahasa posterior dan area temporal basal, sedangkan stimulasi pada area bahasa posterior menghasilkan respons di area bahasa anterior. Pola dua arah ini menunjukkan proyeksi umpan maju (feed-forward) dan umpan balik (feed-back) antara wilayah Broca dan Wernicke, mengungkapkan arsitektur jaringan yang lebih luas daripada yang diusulkan oleh model klasik.
Apa itu cortico-cortical evoked potentials, dan bagaimana cara penggunaannya?
Cortico-cortical evoked potentials direkam dengan memberikan pulsa listrik kecil ke satu wilayah kortikal dan mengukur respons dari lokasi kortikal tetangga menggunakan kisi-kisi elektroda subdural yang ditempatkan di permukaan otak. Pengaturan ini menghilangkan kerancuan perifer dan memungkinkan para ilmuwan memetakan jalur anatomis yang menghubungkan wilayah kortikal yang berbeda.
Emotiv adalah pemimpin neuroteknologi yang membantu memajukan penelitian neurosains melalui alat EEG dan data otak yang mudah diakses.
Sanggahan Medis: Informasi yang disediakan di situs web ini hanya untuk tujuan edukasi dan informasi dan tidak dimaksudkan sebagai saran medis atau kesehatan. Konten ini mungkin mengandung kesalahan dan tidak boleh diandalkan untuk membuat keputusan kesehatan, medis, atau gaya hidup yang mengubah hidup. Selalu cari saran dari dokter Anda atau penyedia kesehatan berkualifikasi lainnya untuk setiap pertanyaan yang Anda miliki terkait kondisi medis atau perawatan.
Christian Burgos
