Uyanık olduğunuz her saniye, beyniniz sürekli bir elektriksel aktivite akışı üretir. Bu akışın içinde, çevrenizdeki belirli olaylara doğrudan yanıt olarak ortaya çıkan küçük, tekrarlanabilir sinyaller gömülüdür: bir tıklama, bir ışık titremesi, cilde bir dokunuş.
Bu yanıtlar uyarılmış potansiyeller olarak adlandırılır ve sinirbilimdeki en kesin zamanlanmış ölçümler arasındadır.
Uyarılmış Potansiyel Nedir?
Uyarılmış potansiyel, harici bir stimülasyondan (uyarandan) hemen sonra meydana gelen, EEG voltajındaki belirgin ve ölçülebilir bir değişikliktir. "Uyarılmış" ifadesi nedensel tetikleyiciyi belirtir: bir şey gerçekleşmiş ve beyin yanıt vermiştir. Öte yandan "potansiyel", kafa derisindeki kayıt elektrotları arasında gelişen elektriksel potansiyel farkını ifade eder.
Bu sinyali bilimsel olarak yararlı kılan şey, uyarana kilitli (stimulus-locked) zamanlama adı verilen bir özelliktir. Sinirsel yanıt, uyarandan sonra kısa ve makul düzeyde tahmin edilebilir bir gecikmeyle gelir ve her zaman uyaranın başlangıç anına göre ölçülür.
Pratik açıdan, kulaklık vasıtasıyla bir ses sunan veya ekranda görsel bir desen flaşlatan bir araştırmacı, her EEG dönemini (epoch) uyaranın verildiği tam ana göre hizalar. Bu hizalama noktasından kısa bir süre sonra ortaya çıkan tutarlı elektriksel değişiklikler, uyarılmış yanıtın bir parçası olarak kabul edilir.
Bu durum, beynin devam eden spontane aktivitesinden temel olarak farklıdır. Beyin, bir uyaranın var olup olmadığına bakılmaksızın sürekli olarak elektriksel alanlar üretir.
Uyarılmış potansiyel, alışılagelmiş arka plan aktivitesinin üzerinde seyreden küçük, zamana kilitli bir yanıttır. Spontane aktivite ise bir uyaran gerçekleşsin ya da gerçekleşmesin devam eder. Uyarılmış potansiyel yalnızca bir uyaran meydana geldiği için ortaya çıkar.
Uyarılmış potansiyeller genel olarak iki şekilde tetiklenebilir:
Doğal duyusal girdi: bir ses, görsel bir desen, bir dokunuş.
Korteksin doğrudan deneysel uyarımı: Örneğin, transkraniyal manyetik uyarımda kullanılan manyetik darbeler.
Uyarılmış Potansiyeller Nereden Gelir?
Kafa derisinden kaydedilen bir uyarılmış potansiyel, büyük kortikal nöron popülasyonlarının toplam elektriksel aktivitesidir.
Bu toplam aktivitenin birincil kaynağı postsinaptik potansiyeldir. Bir nöron diğerine sinyal gönderdiğinde, alıcı nöron sinapslarında küçük bir elektriksel değişim yaşar. Bu postsinaptik potansiyel, sinirsel iletişimin temel para birimidir.
Korteksteki en büyük ve en düzenli katkıyı sağlayanlar, kortikal yüzey boyunca tabakalı dizilimler oluşturan bir eksitatör (uyarıcı) nöron sınıfı olan piramidal hücrelerdir. Bu geometrik düzen, onların postsinaptik potansiyellerinin birleşerek tutarlı elektriksel alanlar oluşturmasına olanak tanır.
Daha sonra bu lokal alanlar çevreleyen beyin dokusuna yayılır, beyni çevreleyen beyin omurilik sıvısından geçer, kafatasını aşar ve nihayetinde kafa derisine ulaşır.
Uyarılmış Potansiyel Testi Türleri
Seçilen uyarılmış potansiyel testinin türü, incelenen duyusal sisteme veya sinir yoluna bağlıdır. Her yöntem farklı bir uyaran kullanır ve ilgili yanıtı yakalamak için seçilen konumlardan aktiviteyi kaydeder.
Prosedürler ortak bir prensibi paylaşsa da, hazırlıkları, dalga formu kalıpları ve klinik kullanımları farklılık gösterir. Başlıca kategoriler görsel, işitsel ve somatosensoriyel testlerdir.
Görsel Uyarılmış Potansiyeller (VEP)
Görsel uyarılmış potansiyeller, gözlerden başlayarak optik sinirler ve görsel yapılar boyunca beynin arkasına doğru ilerleyen görsel yolakta üretilen elektriksel aktiviteyi değerlendirir. Test ortamına göre tam uyaran değişebilmekle birlikte, yaygın bir protokolde desenli bir ekran gösterilir. Kişi görsel hedefe odaklanırken kafa derisindeki elektrotlar beynin yanıtını kaydeder.
VEP testi, görsel semptomlar açıklanamadığında veya klinisyenler optik ya da merkezi görsel yollardaki olası bir hasarı değerlendirirken fonksiyonel bilgi sağlanmasına yardımcı olabilir. Sonuç, görme keskinliğinin doğrudan bir ölçümü değildir ve normal bir kayıt her göz veya beyin bozukluğunu ekarte etmez. Dikkat, görsel fiksasyon, refraktif düzeltme ve uyaranın netliği gibi faktörler dalga formunu etkileyebilir.
Beyin Sapı İşitsel Uyarılmış Potansiyel (BAEP) Testi
Beyin sapı işitsel uyarılmış potansiyelleri, ses işitsel sinir ve beyin sapı yolları boyunca ilerlerken üretilen elektriksel yanıtları ölçer. Genellikle kulaklıklar aracılığıyla klik veya ton bazlı sesler sunulur ve kafa derisi elektrotları her sesten sonraki kısa bir süre içinde meydana gelen bir dizi yanıtı kaydeder. Dalga formu, zamanlamaları işitsel yolağın ardışık kısımlarından iletim hakkında bilgi sağlayabilen birkaç tepe noktası içerir.
BAEP testi, işitsel yolak fonksiyonunun tamamen kişinin davranışsal tepkisine bağlı kalmadan değerlendirilmesi gerektiğinde yararlıdır. Seçilmiş nörolojik değerlendirmelerde, işitme değerlendirmelerinde ve iş birliğinin sınırlı olduğu durumlarda kullanılabilir. Kayıt; uyaran seviyesine, kulak koşullarına, elektrot yerleşimine ve elektriksel gürültüye duyarlı olduğundan, sonuçlar diğer işitsel ve nörolojik bilgilerle birlikte değerlendirilmelidir.
Somatosensoriyel Uyarılmış Potansiyeller (SSEP)
Somatosensoriyel uyarılmış potansiyeller, duyuları bir uzuvdan omuriliğe ve beyne taşıyan yolları değerlendirir. Genellikle el bileği veya ayak bileğindeki periferik bir sinire hafif elektriksel uyarılar verilirken, bu hat üzerindeki birkaç noktadan yanıtlar kaydedilir. Elde edilen sinyaller, periferik sinirler, omurilik yapıları ve merkezi duyusal yollar boyunca iletimin korunup korunmadığını değerlendirmeye yardımcı olabilir.
SSEP testi, özellikle klinisyenlerin omurilik veya duyusal yol bütünlüğü hakkında fonksiyonel bilgiye ihtiyaç duyduğu durumlarda önem taşır. Ayrıca, seçilen cerrahi prosedürler sırasında yolak fonksiyonunu zaman içinde izlemek için de kullanılabilir. Test, duyunun her yönünü ölçmez ve anormal bir yanıt; sıcaklık, uzuv pozisyonu, periferik sinir hastalığı, ilaçlar veya teknik parazitlerden kaynaklanan etkilerden ayırt edilmelidir.
Uyarılmış Potansiyelleri Ölçmedeki Zorluklar ve Değişkenler
Bir uyarılmış potansiyeli tanımlayan popülasyon sinyali, her zaman beynin devam eden spontane elektriksel aktivitesinin içinde gömülüdür ve bu arka plan genellikle çevrelediği yanıttan daha büyüktür.
Bu durum pratik bir zorluk yaratır. Spontane EEG uyarılmış yanıttan daha büyükse, tek bir deneme genellikle uyarana kilitli sinyali net bir şekilde ortaya koyamaz.
Klasik çözüm, aynı uyaranın birçok kez sunulduğu sinyal ortalaması (signal averaging) yöntemidir. Her EEG dönemi, uyaranın başlangıç anına göre tam olarak hizalanır ve elde edilen denemelerin ortalaması alınır.
Her denemede aynı gecikmeyle (latans) ortaya çıkan uyarılmış yanıt, ortalama alma sürecinden başarıyla çıkar. Uyarana senkronize olmayan spontane aktivite ise birbirini sıfırlama eğilimindedir.
Tek Denemeli Analiz ve Sinyal İşleme
Ortalama alma onlarca yıldır standart yaklaşım olsa da tek yol değildir. Uygun sinyal işleme yöntemleri ile tek denemeli analiz yapmak mümkündür.
Başar ve arkadaşları tarafından yapılan 40 Hz spontane aktivite ve işitsel uyarılmış potansiyeller hakkındaki bir çalışma, uygulanan sinyal analizi yönteminin, büyük bir ortalama dalga formu gerektirmek yerine, birleşik EEG ve uyarılmış potansiyel dönemlerinin tek denemeli olarak incelenmesine olanak tanıdığını bildirmiştir. Tek denemeli yaklaşımlar önemlidir çünkü ortalama almanın yok ettiği denemeden denemeye olan değişkenliği korurlar.
Bu çalışmanın yazarları ayrıca, yöntemlerinin, anlamlı sinyalin bir denemeden diğerine değişebildiği bilişsel süreçler üzerindeki çalışmalara da genişletilebileceğini belirtmişlerdir.
Uyaran Öncesi Beyin Durumunun Etkisi
Beynin uyaran öncesi durumu, ardından gelecek yanıtın büyüklüğünü şekillendirebilir. Klinik olarak sağlıklı dört yetişkin erkek üzerinde yapılan bir transkraniyal manyetik uyarım çalışması bu bağlantıyı araştırmıştır. Araştırmacılar, sol motor kortekse %100 motor eşiğinde (kas yanıtını güvenilir bir şekilde tetikleyen darbe yoğunluğu) ve 0.1 Hz hızında manyetik darbeler uygularken EEG ve elektromiyografi kaydetmişlerdir.
Bulguları şunlardır:
Yüksek alfa gücü ile anlamlı negatif korelasyon (-0.22)
Gama gücü ile anlamlı pozitif korelasyon (+0.17)
En güçlü korelasyon (0.27) ise düşük gama/yüksek alfa oranında görülmüştür
Yazarlar bu korelasyonları kortikal uyarılabilirliğin olası göstergeleri olarak yorumlamışlardır. Görece daha fazla gama aktivitesi ve daha az alfa ile aktif bir durumda çalışan bir beyin, bir uyarım darbesine daha güçlü yanıt verebilir. Daha yavaş alfa ritimlerinin baskın olduğu bir beyin ise daha küçük bir yanıt gösterebilir.
Ancak korelasyonlar mütevazı düzeydeydi ve örneklem sadece dört katılımcıdan oluşuyordu. Bulgular, uyaran öncesi frekans bantları ile uyarılmış yanıt büyüklüğü arasında gerçek bir ilişki olduğunu düşündürse de, tek başına kesinleşmiş bir model olarak kabul edilemez.
Gerçekte Uyarılan Şey Nedir?
İkinci temel zorluk, en başta gerçekte neyin uyarılmakta olduğunu tam olarak belirlemektir.
"Uyarılmış" olarak etiketlenen her potansiyel, yalnızca hedeflenen uyaran tarafından üretilmez. Birçok beyin uyarım tekniği, kendileri de beyin yanıtlarını tetikleyebilecek yerleşik duyusal yan etkilere sahiptir.
Transkraniyal manyetik uyarım (TMS) bu konuda faydalı bir vaka çalışmasıdır. TMS, hedeflenen bir kortikal bölgedeki nöron popülasyonlarını uyarmak için kısa manyetik darbeler kullanır. Ancak manyetik bobin aynı zamanda yüksek bir klik sesi çıkarır ve darbe kafa derisinde fiziksel bir his yaratır.
Bu periferik etkilerin her ikisi de başlı başına birer duyusal olaydır. Klik sesi işitsel sistemi, kafa derisindeki his ise somatosensoriyel sistemi aktive eder.
Bu belirsizliğin önemi, 17 sağlıklı genç bireyin katıldığı 2019 tarihli bir deneyde gösterilmiştir. Araştırmacılar, sol posterior parietal korteks ve superior frontal girus olmak üzere iki kortikal bölge üzerine gerçek TMS uygulamış ve transkraniyal bir darbe üretmeden klik sesini ve kafa derisi hissini taklit eden gerçekçi bir sahte (sham) uyarımın yanıtlarını kaydetmişlerdir. Bobinin altına bir köpük tabakası yerleştirilmesi ve işitsel gürültü maskelemesi dahil olmak üzere standart önlemler uygulanmıştır.
Bununla birlikte, bu önlemlere rağmen, gerçek TMS tarafından uyarılan kortikal potansiyeller, gerçekçi sahte TMS tarafından uyarılan potansiyellere büyük ölçüde benzemiştir. Zamansal ve uzamsal özellikler, yanıtın hem erken hem de geç bileşenleri için eşleşmiştir.
Bu durum, uyarılmış potansiyellerin geçersiz olduğu anlamına gelmez. Kaydedilen bir yanıtın, otomatik olarak hedeflenen uyarana verilen yanıt anlamına gelmediği anlamına gelir. Çalışmanın yazarları, transkraniyal bileşenleri transkraniyal olmayanlardan ayırmak için TMS-EEG tasarımlarında periferik çoklu duyusal kontrol koşullarının gerekli olduğu sonucuna varmışlardır. Bu mantık, hedef yolu izole eden bir kontrole ihtiyaç duyan ve duyusal yan etkileri olan her türlü uyarım yöntemi için geçerlidir.
Uyarılmış Potansiyeller Neden Önemlidir?
Yukarıdaki metodolojik uyarı, uyarılmış potansiyelleri göz ardı etmek için bir neden değildir. Tam aksine, yararlı kalmaya devam etmelerinin nedenlerinden biridir. Kesin olarak zamanlanabilen, kaydedilebilen ve kontrol edilebilen bir sinyal, uygulanabilir bir sinyaldir.
Araştırma ve klinik alanlarda uyarılmış potansiyeller yaygın olarak şu amaçlarla kullanılır:
Duyusal yolların sağlam olup olmadığını test etmek
Tıbbi prosedürler sırasında beyin yanıtlarını izlemek
Beyin-bilgisayar arayüzleri tasarlamak
Duyusal yolak testinin arkasındaki mantık şudur: Eğer bir uyaran duyu organından beyne giden sağlıklı bir yol boyunca ilerliyorsa, beklenen gecikmede zamana kilitli bir yanıtın ortaya çıkması gerekir. Gecikmiş veya hiç olmayan bir yanıt, bu yol üzerindeki bir yerde bir kesintiye işaret edebilir.
Uyarana Kilitli Sinyaller Pratik Nörobilimi Nasıl Şekillendiriyor?
Nörobilimde uyarılmış potansiyeller, beynin dış dünyaya verdiği yanıtın kafa derisindeki hassas zamanlanmış elektriksel değişimler aracılığıyla ölçülebileceğini göstermektedir. Bu sinyaller, birlikte hareket eden binlerce kortikal nörondan kaynaklanır ve bu da onları tek bir hücrenin aktivitesinden ziyade popülasyon düzeyindeki beyin aktivitesine açılan güvenilir bir pencere haline getirir.
Onları tanımlanabilir kılan aynı zamanlama özelliği, temel bilimsel zorluğu da beraberinde getirir: spontane beyin ritimleri genellikle daha büyüktür, bu nedenle kilitli yanıtı ayırt etmek tekrarlanan denemeler veya dikkatli tek denemeli analizler gerektirir. Araştırmacılar, uyarım duyusal yan etkiler getirdiğinde kontrol koşullarına da ihtiyaç duyarlar, çünkü kaydedilen yanıt yalnızca hedeflenen uyarıyı değil, bu ekstra yan etkileri de yansıtabilir.
Bir uyaran henüz ulaşmadan önce bile, beynin devam eden durumu sonraki yanıtın ne kadar büyük olacağını şekillendirebilir; incelenen çalışmalarda daha hızlı frekans bantları daha güçlü yanıtlarla ilişkilendirilmiştir. Bu durum, beynin sadece pasif olmadığını gösterir; girdi anındaki içsel ritmi, ölçülen sonucu etkiler.
Dahası, beyin-bilgisayar arayüzleri gibi pratik araçlar, EEG gücündeki değişiklikler yoluyla yorgunluğu tespit etmek gibi gerçek zamanlı izleme işlemleri için uyarılmış potansiyellerin frekansa kilitli özelliklerini kullanabilir. Yine de, en güçlü kanıtlar temel sinyal özelliklerini desteklemektedir, oysa daha geniş kapsamlı birçok kullanım ümit verici olmakla birlikte henüz tam olarak kanıtlanmamıştır.
Referanslar
Başar, E., Rosen, B., Başar-Eroglu, C., & Greitschus, F. (1987). The associations between 40 Hz-EEG and the middle latency response of the auditory evoked potential. International Journal of Neuroscience, 33(1-2), 103-117. https://doi.org/10.3109/00207458708985933
Zarkowski, P., Shin, C. J., Dang, T., Russo, J., & Avery, D. (2006). EEG and the variance of motor evoked potential amplitude. Clinical EEG and neuroscience, 37(3), 247-251. https://doi.org/10.1177/155005940603700316
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
Sıkça Sorulan Sorular
Uyarılmış potansiyel nedir?
Uyarılmış potansiyel, harici bir uyarandan (ışık, ses veya dokunma gibi) hemen sonra ve ona yanıt olarak meydana gelen, EEG voltajındaki belirgin, ölçülebilir bir değişikliktir. "Uyarana kilitlidir", yani uyarandan sonra öngörülebilir bir gecikmeye sahiptir.
Uyarılmış potansiyellerin spontane beyin aktivitesinden farkı nedir?
Spontane aktivite, beynin dış uyaranlardan bağımsız olarak gerçekleşen, devam eden, sürekli elektriksel alan akışıdır. Uyarılmış potansiyel ise bu arka plan aktivitesinin üzerinde seyreden, belirli bir olaya verilen küçük, hassas zamanlamalı bir yanıttır.
EEG araştırmalarında neden sinyal ortalaması kullanılır?
Spontane beyin aktivitesi genellikle küçük uyarılmış yanıttan daha büyüktür, bu da tek bir denemede görülmesini zorlaştırır. Uyaranın birden çok kez sunulması ve dönemlerin ortalamasının alınması, rastgele, senkronize olmayan spontane aktivitenin birbirini yok etmesini sağlarken, tutarlı, uyarana kilitli uyarılmış potansiyelin korunmasını sağlar.
Uyarılmış potansiyellerin tek denemeli analizi mümkün müdür?
Evet. Sinyal ortalaması geleneksel yöntem olsa da, gelişmiş sinyal işleme yöntemleri tek denemeli analize olanak tanır. Başar ve arkadaşları tarafından yapılan bir çalışmada ele alınan bu yaklaşım oldukça değerlidir, çünkü ortalama almanın yok ettiği denemeden denemeye olan değişkenliği korur ve bu da özellikle değişen bilişsel süreçleri incelemek için kullanışlıdır.
Uyaran öncesi beyin durumu nasıl bir rol oynar?
Beynin bir uyarandan hemen önceki devam eden aktivitesi, sonraki yanıtın büyüklüğünü etkiler. Bir transkraniyal manyetik uyarım çalışması, "aktif" bir uyaran öncesi durumun (daha yüksek gama gücü ve daha düşük alfa gücü ile karakterize edilen) daha güçlü, daha uyarılabilir bir yanıtla ilişkili olduğunu göstermektedir.
Emotiv, erişilebilir EEG ve beyin verisi araçları aracılığıyla sinirbilim araştırmalarının ilerlemesine yardımcı olan bir nöroteknoloji lideridir.
Tıbbi Sorumluluk Reddi: Bu web sitesinde sunulan bilgiler yalnızca eğitim ve bilgilendirme amaçlıdır; tıbbi veya sağlık tavsiyesi niteliği taşımamaktadır. Bu içerik hatalar barındırabilir ve hayati önem taşıyan sağlık, tıbbi veya yaşam tarzı seçimleri yapmak için temel alınmamalıdır. Tıbbi bir durum veya tedaviyle ilgili sorularınız için her zaman hekiminizin veya diğer nitelikli sağlık uzmanınızın tavsiyesine başvurun.
Christian Burgos
