Badanie potencjałów wywołanych

Jak uśrednianie sygnału wyodrębnia odpowiedzi zmysłowe z aktywności tła mózgu

Odpowiedź elektryczna wywołana przez pojedynczy bodziec jest często mniejsza niż bieżące, spontaniczne rytmy EEG. Na surowym zapisie jedna fala wywołana kliknięciem może być całkowicie niewidoczna, pogrzebana pod morzem niepowiązanej aktywności mózgu, artefaktów mięśniowych i szumów rejestracji. Przełomem, przypisywanym Dawsonowi w 1947 roku, było zastosowanie uśredniania sygnału w celu oddzielenia odpowiedzi zsynchronizowanej z bodźcem od wszystkiego innego.

Koncepcja polega na użyciu bodźca (np. wzoru szachownicy, tonu, łagodnego impulsu elektrycznego), który jest prezentowany wielokrotnie, zazwyczaj setki razy. Ponieważ odpowiedź mózgu na ten bodziec występuje w określonym czasie po każdej prezentacji, podczas gdy tło EEG waha się losowo, zsumowanie wszystkich fragmentów zsynchronizowanych czasowo z bodźcem wzmocni spójną odpowiedź, podczas gdy losowy szum stopniowo się wyzeruje.

Rezultatem jest czysty przebieg fali z charakterystycznymi szczytami i dolinami, z których każdy jest oznaczony swoją polaryzacją (dodatnią lub ujemną) oraz przybliżonym czasem w milisekundach po bodźcu.

Powierzchniowe elektrody umieszczone w standardowych miejscach na skórze głowy, kręgosłupie lub innych lokalizacjach wzdłuż odpowiedniej ścieżki sensorycznej rejestrują te zmiany napięcia. Dokładny układ elektrod i parametry stymulacji — ile bodźców, z jaką częstotliwością, o jakim natężeniu — są zgodne z konwencjonalnymi, specyficznymi dla danej metody protokołami, które stanowią część standardowego szkolenia klinicznego.

Proces ten jest całkowicie nieinwazyjny. Żadne igły nie przebijają skóry, nie wstrzykuje się kontrastu, a pacjent zazwyczaj siedzi spokojnie lub leży bez ruchu. Zarejestrowane przebiegi fal są interpretowane poprzez analizę tego, jak szybko reaguje układ nerwowy i jak silna jest ta odpowiedź.

Dlaczego przeprowadza się badanie potencjałów wywołanych?

Badanie potencjałów wywołanych przeprowadza się, gdy obiektywne informacje o przewodnictwie w drogach sensorycznych mogą uzupełnić ocenę neurologiczną. Badanie to może wykryć różnicę w czasie lub nieprawidłowość przebiegu fali, która nie jest widoczna na podstawie samych objawów, ale nie jest ono samodzielnym narzędziem diagnostycznym. Jego wartość wynika z połączenia pomiaru funkcjonalnego z wywiadem chorobowym, badaniem neurologicznym, obrazowaniem, wynikami badań laboratoryjnych i innymi odpowiednimi badaniami.

Badanie może być zlecone w celu zbadania niewyjaśnionych objawów czuciowych lub wzrokowych, oceny podejrzewanego zaburzenia dróg nerwowych lub ustalenia funkcjonalnego punktu odniesienia. Może również pomóc w monitorowaniu, gdy znany stan neurologiczny jest śledzony w czasie. Znaczenie nieprawidłowej odpowiedzi zależy od konkretnej drogi, protokołu testowego oraz tego, czy wynik jest powtarzalny.

Kliniczne zastosowania badań potencjałów wywołanych

Kliniczna wartość potencjałów wywołanych często opiera się na czterech ogólnych możliwościach:

1. Wykazanie nieprawidłowego przewodnictwa czuciowego, gdy wywiad lub badanie neurologiczne są niejednoznaczne

2. Ujawnienie subklinicznego zajęcia układu sensorycznego, w tym „niemych” zmian chorobowych

3. Pomoc w określeniu anatomicznego rozkładu choroby i zapewnienie Insight w jej patofizjologię

4. Monitorowanie zmian stanu neurologicznego pacjenta w czasie

Po pierwsze, badanie ma na celu pomóc w wykazaniu nieprawidłowego przewodnictwa w układzie czuciowym, gdy wywiad lub badanie neurologiczne są niejednoznaczne. Pacjent może zgłaszać nieokreślone drętwienie lub zmiany widzenia, a mimo to konwencjonalne badanie nie wykazuje niczego jednoznacznego. W takich sytuacjach potencjał wywołany wykazujący wyraźne opóźnienie w przewodnictwie wzdłuż drogi czuciowej może dostarczyć obiektywnego dowodu dysfunkcji, przechylając szalę diagnostyczną w kierunku przyczyny neurologicznej.

Po drugie, potencjały wywołane mają na celu pomóc w wykazaniu subklinicznego zajęcia układu sensorycznego. Są to zakłócenia w drodze przewodzenia, które nie wywołały jeszcze zauważalnych objawów. Przegląd autorstwa Walsha i wsp. szczególnie podkreśla przypadki, w których demielinizacja jest już sugerowana przez oznaki lub objawy w jednym obszarze ośrodkowego układu nerwowego; badanie może wówczas pomóc w wykryciu niepodejrzewanych zmian w innym układzie sensorycznym. Ta zdolność do wykrywania klinicznie niemych uszkodzeń jest kluczowym uzasadnieniem koncepcyjnym stosowania tego badania w chorobach wieloogniskowych.

Po trzecie, mówi się, że badanie to pomaga określić anatomiczny rozkład procesu chorobowego i daje pewien Insight w jego patofizjologię. Jeśli wzrokowy potencjał wywołany jest opóźniony, ale odpowiedź somatosensoryczna pozostaje prawidłowa, dysfunkcja jest anatomicznie selektywna, wskazując na drogi wzrokowe, a nie na proces rozproszony. Wzorzec nieprawidłowości w wielu układach sensorycznych może pomóc lekarzowi określić, gdzie choroba jest aktywna, i wywnioskować na przykład, czy głównym problemem jest demielinizacja, utrata aksonów, czy jedno i drugie.

Po czwarte, badanie ma na celu pomóc w monitorowaniu zmian w stanie neurologicznym pacjenta w czasie. Powtarzając ten sam potencjał wywołany w odstępach czasu, lekarz może potencjalnie śledzić, czy przewodnictwo się pogarsza, stabilizuje czy poprawia. To podłużne zastosowanie jest szczególnie istotne w chorobach o przebiegu falującym lub przy ocenie efektów leczenia.

Interpretacja przebiegu fali: Latencja i amplituda

Gdy komputer uśredniający dostarczy czysty przebieg fali, interpretacją kierują dwa główne parametry: latencja i amplituda.

Latencja odnosi się do czasu od bodźca do określonego szczytu w odpowiedzi. Zazwyczaj mierzy się ją w milisekundach. W nauczaniu neurobiologii wydłużoną latencję uważa się za wskaźnik spowolnionego przewodnictwa nerwowego, często z powodu uszkodzenia osłonki mielinowej wokół aksonów. Zdrowe, dobrze zmielinizowane włókna przewodzą impulsy szybko. Jednak gdy mielina zostaje usunięta w procesie demielinizacji, sygnał biegnie wolniej, a szczyt pojawia się później.

Z kolei amplituda odzwierciedla siłę odpowiedzi, zazwyczaj różnicę napięcia między szczytem a poprzedzającym go dołkiem. Zmniejszona amplituda sugeruje, że mniej włókien nerwowych pobudza się synchronicznie lub że sygnały są słabo zsynchronizowane. Utrata aksonów, blok przewodzenia lub silna desynchronizacja mogą obniżyć amplitudę.

Schorzenia neurologiczne powszechnie oceniane za pomocą potencjałów wywołanych

Pewne scenariusze kliniczne są ściśle powiązane z badaniem potencjałów wywołanych w codziennej neurologii:

1. Choroby demielinizacyjne

2. Uraz rdzenia kręgowego

3. Monitorowanie śródoperacyjne

Choroby demielinizacyjne

W praktyce klinicznej potencjały wywołane mają na celu wsparcie diagnozy wieloogniskowego zaburzenia demielinizacyjnego poprzez wykazanie zmian rozsianych w przestrzeni, co dopełnia wyniki rezonansu magnetycznego (MRI).

Uraz rdzenia kręgowego

Ocena integralności dróg czuciowych po urazie rdzenia kręgowego jest powszechnie cytowanym zastosowaniem badania potencjałów wywołanych. Somatosensoryczne potencjały wywołane są w szczególności stosowane do oceny, czy sygnały z kończyn mogą dotrzeć do mózgu przez rdzeń kręgowy.

Monitorowanie śródoperacyjne

Chirurdzy i neurofizjolodzy często wykorzystują potencjały wywołane na sali operacyjnej do śledzenia funkcji dróg czuciowych podczas zabiegów, które zagrażają rdzeniowi kręgowemu lub mózgowi, mając na celu wychwycenie wczesnych oznak uszkodzenia przed wystąpieniem trwałych ubytków.

Typowe rodzaje badań potencjałów wywołanych

Badania potencjałów wywołanych są grupowane według stymulowanego i rejestrowanego układu sensorycznego. Każda metoda opiera się na tej samej ogólnej zasadzie: dostarczeniu powtarzalnego sygnału wejściowego, zarejestrowaniu wynikowej odpowiedzi elektrycznej oraz analizie jej czasu i kształtu. Różnią się jednak sprzęt i interpretacja. Trzy powszechnie omawiane formy kliniczne to wzrokowe potencjały wywołane, słuchowe potencjały wywołane z pnia mózgu oraz somatosensoryczne potencjały wywołane.

Wybór badania zależy od ocenianego problemu neurologicznego. Badanie wzrokowe śledzi sygnały z oka do kory wzrokowej, badanie słuchowe śledzi aktywność związaną z dźwiękiem przez układ słuchowy i pień mózgu, a badanie somatosensoryczne śledzi impulsy z nerwu obwodowego do rdzenia kręgowego i mózgu. Testy te mogą być stosowane oddzielnie lub jako uzupełniające się części szerszej oceny neurofizjologicznej.

Wzrokowe potencjały wywołane (WPW / VEP)

Wzrokowy potencjał wywołany rejestruje reakcję elektryczną mózgu na stymulację wzrokową. Pacjent może obserwować zmieniający się wzorzysty obraz lub inny standardowy cel wzrokowy, podczas gdy elektrody na skórze głowy rejestrują odpowiedź. Uzyskany przebieg fali odzwierciedla aktywność wzdłuż drogi wzrokowej od oka do mózgu, a klinicyści badają takie cechy jak latencja i amplituda.

Wyniki VEP mogą być przydatne, gdy objawy wzrokowe lub wyniki badań nasuwają pytania dotyczące funkcjonowania dróg wzrokowych. Badanie to nie mierzy ostrości wzroku w taki sam sposób jak badanie na tablicy okulistycznej, ani nie zastępuje oceny okulistycznej czy neurologicznej. Protokoły badań różnią się, a interpretacja uwzględnia to, czy odpowiedź została uzyskana w sposób wiarygodny i czy występują różnice między obiema stronami.

Słuchowe potencjały wywołane z pnia mózgu (AEP / BAER)

Słuchowy potencjał wywołany z pnia mózgu, w niektórych środowiskach nazywany również słuchową odpowiedzią pnia mózgu, rejestruje aktywność elektryczną po dostarczeniu krótkich dźwięków przez słuchawki. Odpowiedź zawiera powiązane czasowo składowe przebiegu fali związane z przewodzeniem przez nerw słuchowy i drogi pnia mózgu. Ponieważ odpowiedź jest mierzona obiektywnie, metoda ta może być przydatna, gdy behawioralne odpowiedzi słuchowe są trudne do uzyskania lub interpretacji.

Interpretacja BAER skupia się w dużej mierze na obecności, czasie i wzajemnych relacjach szczytów fali. Przewodzeniowe problemy ze słuchem, ustawienia bodźców, jakość zapisu i inne czynniki kliniczne mogą wpływać na wynik. Z tego powodu zapis jest rozpatrywany w kontekście, a nie traktowany jako izolowana deklaracja na temat słuchu czy zdrowia neurologicznego.

Somatosensoryczne potencjały wywołane (SPW / SSEP)

Somatosensoryczny potencjał wywołany rejestruje się po stymulacji obwodowego nerwu czuciowego, często na ręce lub nodze. Elektrody mogą wychwytywać aktywność w kilku punktach wzdłuż drogi, w tym na nerwie obwodowym, w okolicy kręgosłupa i na skórze głowy. Układ ten pomaga lekarzom ocenić, jak impulsy czuciowe wędrują do mózgu i czy transmisja wydaje się opóźniona lub zakłócona.

Głównymi miarami są zazwyczaj latencja, amplituda, morfologia fali oraz spójność odpowiedzi w powtarzanych próbach. Poniższe porównanie podsumowuje nacisk na poszczególne drogi w głównych typach badań, nie sugerując jednak, że pojedyncze badanie zapewnia pełną ocenę neurologiczną.

Na wyniki SSEP mogą wpływać: miejsce stymulacji, funkcja nerwu obwodowego, temperatura ciała, warunki techniczne oraz szum elektryczny tła. Są one zatem interpretowane wraz z kontekstem klinicznym i, w stosownych przypadkach, innymi badaniami. Ukierunkowany opis somatosensorycznych potencjałów wywołanych dostarcza dodatkowego kontekstu na temat stymulacji nerwów obwodowych, rejestracji dróg przewodzenia oraz znaczenia wspólnej interpretacji latencji i amplitudy.

Podsumowanie

Najgłębsza wartość badania potencjałów wywołanych tkwi w jego zdolności do zamieniania niewidocznej dysfunkcji neurologicznej w mierzalny dowód. Poprzez wielokrotne prezentowanie kontrolowanego bodźca i uśrednianie zsynchronizowanych czasowo odpowiedzi, klinicyści mogą zobaczyć, czy sygnały czuciowe przemieszczają się z odpowiednią prędkością i siłą wzdłuż swoich dróg. Ta zdolność do wykrywania niemych zmian i subtelnych opóźnień w przewodnictwie daje temu badaniu wyjątkowe miejsce w neurologii, pozwalając na wychwycenie problemów, zanim ujawnią się jako objawy.

Opisane cztery możliwości kliniczne — wykazywanie nieprawidłowego przewodnictwa, ujawnianie subklinicznych uszkodzeń, mapowanie rozkładu choroby i śledzenie zmian w czasie — opierają się na tym samym fundamencie koncepcyjnym. Niemniej jednak baza dowodowa jest skromna.

Praktyczna implikacja jest taka, że badanie to sprawdza się najlepiej jako uzupełnienie starannego wywiadu i badania przedmiotowego, a nie jako samodzielna odpowiedź. Jego prawdziwą siłą jest dostarczanie klinicystom dodatkowego, nieinwazyjnego odczytu tego, jak układ nerwowy przewodzi dziś swoje sygnały.

Piśmiennictwo

1. Walsh, P., Kane, N., & Butler, S. (2005). The clinical role of evoked potentials. Journal of neurology, neurosurgery & psychiatry, 76(suppl 2), ii16-ii22. https://doi.org/10.1136/jnnp.2005.068130

Często zadawane pytania

Co to jest badanie potencjałów wywołanych?

Badanie potencjałów wywołanych rejestruje maleńkie sygnały elektryczne, które układ nerwowy generuje w odpowiedzi na kontrolowane bodźce, takie jak błyski, kliknięcia lub łagodne impulsy. Jest ono nieinwazyjne i wykorzystuje uśrednianie sygnału, aby wyodrębnić te drobne odpowiedzi z ciągłej aktywności tła mózgu.

Jak działa uśrednianie sygnału?

Bodziec jest prezentowany wielokrotnie, a odpowiedź mózgu pojawia się w określonym czasie po każdej prezentacji, podczas gdy tło EEG waha się losowo. Zsumowanie fragmentów zsynchronizowanych z bodźcem wzmacnia spójną odpowiedź i eliminuje losowy szum, tworząc czysty przebieg fali.

Jakich informacji może dostarczyć to badanie?

Badanie śledzi drogę sygnału czuciowego od obwodu do ośrodkowego układu nerwowego. Może wychwycić subtelne opóźnienia w przewodnictwie oraz nieme zmiany chorobowe, które mogłyby zostać przeoczone w standardowym badaniu neurologicznym.

Jakie są główne kliniczne zastosowania badań potencjałów wywołanych?

Wykazywanie nieprawidłowego przewodnictwa, gdy wywiad lub badanie są niejednoznaczne, ujawnianie subklinicznych, niemych zmian chorobowych, pomoc w określeniu rozkładu anatomicznego i patofizjologii oraz monitorowanie stanu neurologicznego w czasie.

Co oznaczają latencja i amplituda?

Latencja to czas od bodźca do określonego szczytu; wydłużona latencja wskazuje na spowolnione przewodnictwo nerwowe, często w wyniku uszkodzenia mieliny. Amplituda odzwierciedla siłę odpowiedzi, przy czym zmniejszona amplituda sugeruje mniejszą liczbę pobudzonych włókien lub słabo zsynchronizowane sygnały.