皮質誘發電位（CEP）是當皮質神經元群受到直接干擾時（通常是透過經顱磁刺激（TMS）脈衝或施加於皮質表面的短暫電流）所發生的即時且時間鎖定的電壓變化。
該訊號在腦電圖（EEG）上表現為一個微小且快速的偏轉，但其核心特徵在於其來源。皮質標籤表明，所記錄的活動反映了局部興奮性、皮質內的突觸處理以及皮質區域之間的傳導，而不是來自眼睛、耳朵或皮質下中繼站的感覺資訊輸入。
什麼是皮質誘發電位？
皮質誘發電位是指在特定感覺或電刺激之後，大腦電活動產生的可測量變化。與自發性腦電圖（EEG）活動不同，它們與特定事件具有時間鎖定關係，並透過檢查以下特徵來進行評估：
潛伏期
振幅
波形形狀
空間分佈
這些反應為觀察連接周圍神經與皮質的神經通路之時效性和完整性提供了一個窗口。
皮質在誘發電位中的角色
皮質是許多感覺通路的終點，但皮質反應並非孤立發生。信號在通過外周受體、腦或脊髓通路、腦幹以及丘腦迴路時會經過過濾和轉換。因此，最終的反應既反映了通路的傳導，也反映了對傳入訊息進行解釋或整合的皮質網絡。
皮質誘發電位也可能隨著警覺度、注意力、年齡、藥物和神經系統的狀態而改變。它們的時間特性可以提供有關傳輸速度的訊息，而其分佈則可以提示哪些皮質區域參與了該反應。如需了解關於刺激鎖定活動及其與自發性大腦信號區別的更廣泛背景，請參閱這篇關於腦電圖中誘發電位的概述。
皮質中的 CEP 信號源自何處？
構成 CEP 的 EEG 信號源自皮質內平行排列的數萬個錐體神經元之突觸後電位的總和。
當 TMS 脈衝或皮質電刺激驅動皮質細胞群時，突觸會釋放神經遞質，突觸後受體開啟，離子流動，由此產生的突觸後電流會產生一個可測量的電場。CEP 就是那些內源性皮質電流的 EEG 讀數。
一個有用的例子來自運動皮質中 TMS 誘發的皮質電位。當單個 TMS 脈衝激活皮質時，它會產生一系列 波形組分。
在脈衝後約 45 毫秒會出現一個早期的負電位。在約 100 毫秒時則會出現一個較晚的負電位。
由於不同的皮質突觸和受體系統塑造了這些組分，因此每個組分都攜帶著獨特的生理特徵。正如 藥物-TMS-EEG 實驗 所示，早期組分和晚期組分對操縱 GABA-A 和 GABA-B 受體的藥物反應不同。這種藥理學上的分離告訴我們，波形組分是特定突觸後迴路的底層讀數。
如何區分周圍與皮質 TMS 反應
施加於頭皮的 TMS 脈衝並非乾淨的、僅限於皮質的干預。磁場還會激發頭皮中的感覺軸突，觸發線圈附近的小肌肉抽搐，並產生急促的咔嗒聲。
該咔嗒聲會激活聽覺皮質，而頭皮感覺則會激活軀體感覺皮質。這些次級感覺輸入產生的皮質電位在時間和空間模式上，與直接刺激皮質所產生的 CEP 非常相似。
因此，逼真的偽刺激對照試圖通過模擬 TMS 的聲音和頭皮感覺，同時避免經顱皮質刺激來解決這個問題。在 2018 年的一項研究中，當 研究人員施加偽 TMS（線圈方向經調整以減少直接皮質激活）時，偽刺激誘發的電位與真實的 TMS 電位強烈重疊。即使研究人員在線圈下方使用泡沫墊並使用聽覺噪聲掩蔽來減弱周圍干擾，這種重疊依然存在。
此外，作者報告指出，在 17 名健康青年志願者中，無論是在後頂葉皮質還是額上回進行測試，真實 TMS 後早期和晚期 TMS 誘發電位 組分的顳葉和空間特徵，都與逼真偽 TMS 後的電位非常相似。
這些發現強調了將真實的皮質反應與外周感覺干擾分開是多麼困難。如果沒有嚴格的對照條件，要將直接的神經興奮與次級感覺反饋區分開來依然是一個重大的障礙。
CEP 如何追蹤皮質-皮質連接性
當研究人員直接從放置在皮質表面的硬膜下電極網格進行記錄時，會出現另一種版本的 CEP：皮質-皮質誘發電位。
在這裡，一個微小的電脈衝被傳送到一個皮質區域，並在其他皮質電極上記錄所產生的活動。由於刺激和記錄都發生在皮質內，因此消除了來自頭皮的外周感覺干擾。這種設置將 CEP 變成了連接性追蹤器，描繪出連接皮質區域的通路。
來自人類語言系統的證據 闡明了這是如何工作的。在八位接受侵入性癲癇監測的患者中，研究人員首先使用傳統的皮質電刺激來確定前部和後部語言區。然後，他們對這些區域施加單個電脈衝，並對來自外側裂周圍和外側裂外基底顳葉語言電極的相應皮質電圖進行平均。
其中，研究人員報告說，在八位患者中的七位中，刺激前部語言區會在顳頂外側區產生皮質-皮質誘發電位。這些反應出現在顳上回的中部和後部、相鄰的顳中回以及緣上回。
重要的是，這些電位也發生在或接近特定的後部語言電極，這些電極在受到刺激時會導致言語中斷。相比之下，刺激相鄰的面部運動區並未在語言區引起反應。該反應轉而出現在中央後回。
這些傳播的電位告訴我們關於神經發生源的什麼訊息？
每個所謂的晚期誘發電位只有在耦合延遲之後才會出現在皮質電極上。該延遲反映了神經元活動沿著皮質-皮質通路從刺激部位傳導到記錄部位所需的時間。因此，記錄到的電位似乎代表了通過皮質區域之間的解剖連接傳遞的神經元活動。
語言數據還顯示出比經典 Wernicke-Geschwind 模型所提出的更具網絡化的結構。刺激前部語言區會在後部語言區和基底顳葉區產生電位。同時，刺激後部語言區會在前部語言區以及（在部分患者中）基底顳葉區產生電位。
這種雙向模式提示了布羅卡區（Broca's）與韋尼克區（Wernicke's）之間的自下而上和自上而下的投射，這可能是由弓狀束、皮質-皮質下-皮質通路或兩者共同介導的。
此外，記錄到這些電位的皮質區域比僅通過電刺激確定的後部語言區更大，這表明公認的核心區域周圍存在一個更廣泛的神經元網絡。
皮質誘發電位的神經遞質特徵
當使用藥物操縱特定的皮質突觸時，TMS 誘發的 EEG 電位組分會發生可預測的轉移。皮質似乎依賴 GABA 能抑制來平衡興奮。
GABA-A 受體介導快速抑制信號。GABA-B 受體介導較慢、更持久的抑制。上述藥物-TMS-EEG 實驗測試了作用於每個系統的化合物的效果，重點關注 45 毫秒左右的 N45 組分和 100 毫秒左右的 N100 組分。
研究結果遵循一致的規律：
使用苯二氮䓬類藥物（特別是阿普唑侖和地西泮）正向調節 GABA-A 受體，會增加大約 45 毫秒處早期負組分的振幅。
主要作用於含有 α1 亞基的 GABA-A 受體的唑吡坦也增加了 N45，但使較晚的組分保持不變。
苯二氮䓬類藥物傾向於減少 100 毫秒左右的晚期負組分。
巴氯芬（一種直接激活 GABA-B 受體的藥物）特異性地增加了 N100 的振幅。
這些不同的效應表明，N45 組分似乎代表由含有 α1 亞基的 GABA-A 受體驅動的活動。N100 組分似乎代表 GABA-B 受體活動。這就像波形的組分映射到了人類皮質中特定的突觸受體機制上。
這使得 TMS-EEG 組分成為研究癲癇或精神分裂症等涉及 GABA 能信號傳導之疾病中抑制性與興奮性平衡的候選標記物。
CEP 如何反映大腦狀態與年齡相關的變化
即使在同一個體內，皮質誘發電位振幅也不是固定不變的。它會隨著刺激瞬間皮質的內在狀態而轉移。
一項 睡眠慢波振盪研究 試圖直接演示這一點。當研究人員在 非快速眼動睡眠 期間使用單脈衝 TMS 靶向初級運動皮質時，他們根據慢波振盪上行狀態和下行狀態的自動 EEG 檢測，在線觸發刺激。
上行狀態對應於全局去極化階段。下行狀態對應於超極化階段。
作者發現，與清醒狀態相比，睡眠運動誘發電位更小且延遲。睡眠 TMS 誘發的 EEG 電位發生了根本性的改變，與自發性 慢波振盪 非常相似。但關鍵的狀態依賴性發現是，在上行狀態下誘發的運動誘發電位和 TMS 誘發的 EEG 電位，都一致大於在下行狀態下誘發的電位。
此外，每個睡眠狀態內的振幅取決於刺激精確時間和部位的實際 EEG 電位。皮質的興奮性在振盪本身內部發生轉移，具有毫秒級的分辨率。這一發現表明，腦電波 相位與皮質興奮性是以一種可測量的方式耦合在一起的。
在 老齡化研究 中也出現了類似的情況，但在生理性變化與病理性變化之間有著明顯的區別。當研究人員比較健康老年人、健康青年人和 阿爾茨海默病 患者體內 TMS 誘發的 EEG 電位時，他們發現生理性衰老並未改變左側額上皮質對 TMS 的 EEG 反應。健康老年人和健康青年人生產了相似的皮質電位。
僅在阿爾茨海默病和認知障礙患者中，該反應才發生顯著改變。這種分離表明 CEP 對與正常年齡相關的皮質變化不敏感，但對與認知功能下降相關的病理性皮質功能障礙敏感。
在睡眠和衰老過程中，同樣的原理都適用：CEP 依賴於皮質膜電位、突觸狀態以及刺激時存在的大腦狀態。由於這種依賴性，它們使 神經科學家 能夠探索皮質興奮性隨時間、跨狀態以及與病理過程相關的變化。
皮質誘發電位的未來方向與研究
研究正朝著更精確地描述誘發反應如何在個體、試驗、皮質區域和意識狀態之間發生變化方向發展。
高密度頭皮記錄、改進的顱內採樣以及結合解剖-功能定位，可能會有助於闡明記錄的電壓與底層神經源之間的關係。更好的刺激傳送和元數據標準同樣重要，因為技術的一致性有助於進行有意義的比較。
信號分析 也正在擴展到簡單的波峰視覺識別之外。單試驗方法、統計建模、源估計和經過仔細驗證的機器學習方法可能會保留傳統平均法消除的訊息。這些方法仍必須針對偽影敏感性、數據集轉移、可解釋性和臨床上有意義的終點進行測試，而不是僅根據預測性能進行評估。
最後，未來的研究將受益於透明的報告和共享的分析定義。對刺激、記錄導聯配置、預處理、反應窗口和顯著性標準的通用描述，可以使研究結果更容易在不同的實驗室之間進行複製。更廣泛的目標不僅僅是獲得更大的 波形，而是將皮質誘發電位與通路功能、網絡通信和與患者相關之生理學的可靠測量方法連接起來。
為什麼直接皮質監聽改變了我們研究大腦健康的方式
皮質誘發電位重新定義了我們如何傾聽大腦的問題：它們不是追蹤來自外部世界的感覺信號，而是捕捉皮質自身對直接刺激的反應。
這些信號反映了局部突觸機制、受體特異性活動以及皮質區域之間的通信，所有這些都會隨著大腦狀態和疾病而轉移。通過將特定的波形組分與 GABA 能受體系統相連接並繪製雙向語言通路，該技術將 EEG 偏轉轉變為皮質生理學的功能讀數。
值得注意的是，只有當研究人員將皮質與頭皮和耳朵分分開時，該讀數才變得值得信賴。逼真的偽刺激對照和侵入性記錄表明，直接的皮質激活可以與外周感覺噪聲區分開來，同樣的對照也使藥物研究和衰老比較具有可解釋性。
因此，皮質誘發電位最好被理解為測量癲癇、精神分裂症和阿爾茨海默病等疾病中皮質興奮性、連接性和病理性功能障礙的實用標記物，而不是關於大腦如何工作的固定答案。
參考文獻
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常見問題解答
什麼是皮質誘發電位？
皮質誘發電位是在 EEG 上記錄到的時間鎖定電壓變化，當一組皮質神經元受到直接刺激（通常使用 TMS 脈衝或電流）時會發生這種變化。與對感覺事件的反應不同，它反映的是皮質內部的興奮性和突觸處理，而不是傳入的感覺訊息。
皮質誘發電位與感覺誘發電位有何不同？
感覺誘發電位追蹤外部刺激如何從感覺器官通過腦幹和丘腦進入皮質，而皮質誘發電位則始於對皮質本身的直接刺激。其區別在於方向：感覺電位追蹤傳入（向心）輸入，而皮質誘發電位則探索皮質組織內的局部和傳出處理。
皮質誘發電位的信號來自哪裡？
這些信號源自皮質內平行排列的數萬個錐體神經元之突觸後電位的總和。當直接脈衝驅動這些神經元時，突觸會釋放神經遞質，離子流動，從而產生一個可測量的電場，這就成為了誘發電位。
為什麼在研究 TMS 誘發電位時偽刺激對照是必需的？
TMS 脈衝還會激發頭皮中的感覺軸突，觸發肌肉抽搐，並產生激活聽覺和軀體感覺皮質的咔嗒聲，從而產生類似於直接皮質反應的電位。逼真的偽刺激對照可以模擬這些外周感覺，同時避免經顱刺激，使研究人員能夠將真正的皮質激活與外周貢獻區分開來。如果沒有這種對照，EEG 反應可能反映的是外周感覺處理，而不是直接的皮質激活。
不同的藥物如何影響皮質誘發電位的波形組分？
正向調節 GABA-A 受體的藥物會增加 TMS 誘發電位的早期負組分，而唑吡坦特異性地影響該早期組分，而不改變較晚的組分。激活 GABA-B 受體的巴氯芬則會增加晚期負組分。這表明不同的波形組分映射到了皮質中特定的突觸後受體機制上。
皮質誘發電位如何隨著大腦狀態和衰老而變化？
皮質興奮性在大腦振盪本身內部發生轉移，具有毫秒級的分辨率，這意味著誘發電位的振幅取決於刺激時腦電波的相位。生理性衰老不會改變對 TMS 的皮質反應，但阿爾茨海默病等病理條件會產生顯著不同的電位，這表明 CEP 對病理性皮質功能障礙敏感，但對與正常年齡相關的變化不敏感。
刺激語言區揭示了關於皮質連接性的什麼訊息？
直接刺激前部語言區會在後部語言區和基底顳葉區產生誘發電位，而刺激後部語言區則會在前部語言區產生反應。這種雙向模式提示了布羅卡區與韋尼克區之間的自下而上和自上而下的投射，展現出比經典模型所提出的更具網絡化的結構。
什麼是皮質-皮質誘發電位，它們是如何被使用的？
皮質-皮質誘發電位是通過對一個皮質區域施加微小的電脈衝，並使用放置在腦表面的硬膜下電極網格測量來自相鄰皮質部位的反應來記錄的。這種設置消除了外周干擾，並允許科學家描繪出連接不同皮質區域的解剖通路。
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克里斯蒂安·布爾戈斯
