Wzrokowe potencjały wywołane (VEP)

Co to jest wzrokowy potencjał wywołany (VEP)?

Wzrokowy potencjał wywołany to odpowiedź elektryczna generowana przez układ wzrokowy po zobaczeniu przez pacjenta określonego bodźca. Odpowiedź ta jest rejestrowana za pomocą elektrod umieszczonych na skórze głowy, zazwyczaj w okolicy potylicznej w pobliżu kory wzrokowej.

W przeciwieństwie do standardowego badania wzroku, test ten ocenia, jak informacje wzrokowe przemieszczają się drogą od oka do mózgu. Jest to badanie nieinwazyjne i nie wymaga zastrzyku ani stymulacji elektrycznej oka.

Jak działa badanie VEP?

Podczas badania pacjent patrzy na cel wzrokowy, podczas gdy czujniki wykrywają niewielkie zmiany aktywności elektrycznej. Komputer uśrednia odpowiedzi z powtarzających się bodźców, ponieważ każdy pojedynczy sygnał jest bardzo mały i może być przesłonięty przez tło aktywności mózgu. Powstały przebieg fali jest oceniany pod kątem takich cech, jak latencja (czyli czas potrzebny na pojawienie się odpowiedzi) oraz amplituda, która odzwierciedla wielkość zarejestrowanej odpowiedzi.

Zapis przypomina raczej odpowiedź wywołaną niż zdjęcie mózgu. Dostarcza on informacji funkcjonalnych o drodze wzrokowej, w tym o obszarach, które mogą być trudne do oceny w badaniu bezpośrednim. Rejestracja VEP jest powiązana z szerszymi metodami EEG, ponieważ w obu przypadkach do pomiaru aktywności elektrycznej wykorzystuje się elektrody naskórne, chociaż cel i warunki stymulacji są inne.

Rodzaje badań wzrokowych potencjałów wywołanych

Różne protokoły VEP wykorzystują różne bodźce wzrokowe. Wybór zależy od pytania badawczego, zdolności pacjenta do fiksacji wzroku na celu oraz jakości danych wzrokowych dostępnych podczas badania.

Typowe podejścia obejmują badanie oparte na wzorcach, w którym strukturalny obraz zmienia się na ekranie, oraz badanie błyskiem, w którym krótkie błyski światła stymulują układ wzrokowy.

Kategorie te nie są zamienne w każdym środowisku. Rejestracje oparte na wzorcach mogą zapewnić bardziej strukturalny pomiar, gdy pozwalają na to ostrość wzroku i uwaga, podczas gdy badania błyskowe mogą być przydatne, gdy te warunki są ograniczone. Dlatego też protokół i standardy referencyjne mają znaczenie, gdy klinicysta porównuje ze sobą wyniki.

Techniki rejestracji EEG dla uzyskania czystego sygnału

Rozmieszczenie elektrod i innowacyjne konfiguracje sprzętowe

Rejestracja VEP rozpoczyna się od umieszczenia elektrod. Standardowe konfiguracje zakładają umieszczenie ograniczonego zestawu elektrod nad tylnymi obszarami skóry głowy, gdzie sygnał z kory wzrokowej jest najsilniejszy. Wiele zastosowań badawczych wykorzystuje jednak matryce o wysokiej gęstości do uchwycenia szczegółów topograficznych na całej głowie.

Na przykład zaprojektowano, skonstruowano i przetestowano niemagnetyczny 64-kanałowy czepek EEG specjalnie do rejestracji VEP wewnątrz silnego pola magnetycznego MRI. Autorzy wykazali w nim, że większa liczba kanałów umożliwiła zmapowanie odpowiedzi z wystarczającą szczegółowością przestrzenną, aby oddzielić rzeczywistą aktywność kory wzrokowej od szumu.

Elastyczne i mobilne konfiguracje EEG

Tymczasem w niektórych przypadkach samo miejsce rejestracji stało się bardziej elastyczne. Mobilna metoda zwana ear-EEG umieszcza elektrody wewnątrz przewodu słuchowego, a nie na skórze głowy. Kiedy badacze Kidmose i współpracownicy porównali ear-EEG z konwencjonalnym EEG na skórze głowy dla słuchowych i wzrokowych potencjałów wywołanych, douszne rejestracje wzrokowe osiągnęły stosunek sygnału do szumu na poziomie porównywalnym z konwencjonalnym EEG rejestrowanym z elektrod umieszczonych nad okolicą skroniową.

Porównanie ear-EEG przeprowadzono na populacji badanych, a nie na pojedynczej osobie, i obejmowało ono zarówno podejście wzrokowe w stanie ustalonym, jak i przejściowe. Odpowiedzi w stanie ustalonym oceniano pod kątem stosunku sygnału do szumu i istotności statystycznej, natomiast odpowiedzi przejściowe badano poprzez uśrednione przebiegi potencjałów wywołanych związanych z wydarzeniami.

Osiągnięcie jakości konwencjonalnego EEG w pobliżu okolicy skroniowej jest godne uwagi, ponieważ przewód słuchowy jest fizycznie oddalony od kory potylicznej, gdzie odpowiedzi wzrokowe są największe. Wynik ten sugeruje, że ear-EEG może stanowić praktyczną, dyskretną opcję rejestracji VEP poza tradycyjnym czepkiem laboratoryjnym.

Zarządzanie artefaktami i wrażliwość na stan mózgu

Usuwanie artefaktów pozwala radzić sobie z szumem zewnętrznym, ale stan własny mózgu również wpływa na VEP. W konwencjonalnym zapisie bodźce wzrokowe są dostarczane w sposób ciągły lub w stałych odstępach czasu, niezależnie od tego, co mózg robi w momentach poprzedzających każdy błysk.

Pewien algorytm uśredniający przyjął inne podejście i obliczył wartości skuteczne (RMS) aktywności EEG w pasmach theta i alpha w punkcie vertex w jednosekundowym oknie przed każdym bodźcem. Są to wolniejsze rytmiczne wzorce aktywności mózgu widoczne w standardowych pasmach częstotliwości EEG. Gdy aktywność przedbodźcowa była wysoka, bodziec był blokowany; gdy była niska, bodziec był dostarczany.

W badaniu wzięło udział dwunastu zdrowych ochotników. W porównaniu z konwencjonalną stymulacją ciągłą, to wyzwalanie zależne od stanu zwiększyło amplitudę N1-P2 w punkcie vertex o około 35 procent (lub o 25 do 30 procent po korekcie odstępu między bodźcami). Ponadto podobne wzrosty wykazały obszary czołowe, skroniowe i ciemieniowe.

W badaniu zauważono również, że zawartość częstotliwościowa EEG przed bodźcem wpływała na kształt powstałego VEP, co oznacza, że dla końcowego przebiegu fali znaczenie ma nie tylko ogólna ilość aktywności tła, ale także jej dominujący wzorzec rytmiczny.

Przejściowe a ustalone metody rejestracji VEP

Sposób prezentacji bodźca wzrokowego również kształtuje VEP. W dziedzinie tej dominują dwa główne podejścia: przejściowe (transient) i w stanie ustalonym (steady-state).

Podejście przejściowe polega na dostarczeniu krótkiego, dyskretnego bodźca, a następnie umożliwieniu mózgowi powrotu do stanu spoczynku przed pojawieniem się kolejnego. We wspomnianym badaniu zależnym od stanu zastosowano bodźce świetlne trwające po jednej sekundzie każdy. Błyski te nie są prezentowane jako ciągły rytm, a separacja między próbami zapobiega nakładaniu się jednej odpowiedzi na kolejną.

Po zsynchronizowaniu wielu prób z momentem pojawienia się bodźca i ich uśrednieniu wyłania się charakterystyczny przebieg fali. Przebieg ten zawiera rozpoznawalne szczyty, takie jak składowe N1 i P2. Przejściowe potencjały VEP są szczególnie użyteczne, gdy celem jest pomiar dokładnego czasu i kształtu dyskretnych odpowiedzi korowych na pojedyncze zdarzenie wzrokowe.

Z drugiej strony, wzrokowe potencjały wywołane stanu ustalonego (SSVEP) wykorzystują stymulację okresową zamiast izolowanych błysków. Migoczący lub modulowany wzorzec wywołuje ciągłą odpowiedź mózgu, która podąża za rytmem stymulacji.

Przegląd metod stanu ustalonego z 2015 roku śledzi to podejście od wczesnych jednokanałowych rejestracji odpowiedzi na proste modulowane światło do dzisiejszych wyrafinowanych wyświetlaczy cyfrowych, złożonych bodźców wzrokowych i matryc rejestrujących o wysokiej gęstości. Ponieważ odpowiedź jest ciągła, zapisy stanu ustalonego mogą być analizowane inaczej niż przebiegi przejściowe. Znalazły one zastosowanie w podstawowych naukach o wzroku do badania wrażeń i percepcji i nadal stanowią źródło informacji w zastosowaniach praktycznych, w których interesujące jest długotrwałe przetwarzanie wzrokowe.

Wybór między metodami przejściowymi a metodami stanu ustalonego zależy od tego, czy badacz chce uchwycić pojedyncze, dyskretne zdarzenie w mózgu, czy też trwałą odpowiedź rytmiczną.

Jak interpretować przebiegi VEP: Latencja, amplituda i mapy przestrzenne

Standardowy przejściowy VEP zawiera kilka nazwanych szczytów:

• N1 to wychylenie ujemne, które pojawia się około 100 milisekund po bodźcu wzrokowym.

• P2 to wychylenie dodatnie, które następuje krótko po nim.

Razem kompleks N1-P2 jest mierzony w linii środkowej nad punktem vertex i stał się standardowym markerem przetwarzania korowego, ponieważ jego wielkość reaguje zarówno na warunki bodźca, jak i stan wewnętrzny mózgu.

Ponadto dwie cechy tego przebiegu niosą ze sobą różne rodzaje informacji klinicznych:

1. Latencja to czas od początku bodźca do danego szczytu. Odzwierciedla ona, jak szybko informacja wzrokowa wędruje z siatkówki przez nerw wzrokowy i drogę wzrokową do kory mózgowej.

2. Amplituda to wielkość lub siła odpowiedzi elektrycznej. Odzwierciedla ona, jak wiele neuronów pobudza się jednocześnie i jak zsynchronizowane jest to pobudzenie.

Rozbieżność między tymi dwoma parametrami może mieć znaczenie diagnostyczne. W badaniu nad bałtycką postępującą padaczką miokloniczną pacjenci wykazywali znacznie opóźnione latencje VEP, ale normalne amplitudy. Autorzy zasugerowali, że taki wzorzec wskazuje na zaburzenia transmisji synaptycznej, a nie na utratę neuronów.

Gdyby brakowało neuronów lub byłyby one uszkodzone, należałoby oczekiwać również spadku amplitudy. Zachowanie prawidłowej amplitudy przy wydłużeniu latencji sugerowało, że neurony były obecne, ale ich sygnalizacja chemiczna przez synapsy była spowolniona.

Autorzy wskazali, że to spowolnienie może odzwierciedlać dysfunkcję dopaminergiczną, jednak kluczowym wnioskiem jest to, że latencję i amplitudę można rozdzielić jako markery funkcjonalne.

Na koniec, miejsce pojawienia się odpowiedzi na skórze głowy dodaje trzecią warstwę interpretacji. Ponieważ kora wzrokowa leży w tylnej części mózgu, szczyty VEP są największe nad elektrodami potylicznymi.