在您清醒的每一秒中，您的腦部都會產生源源不斷的電活動。嵌入在該電活動流中的是微小且可重複的信號，這些信號是對您周圍特定事件（如：咔噠聲、閃光、皮膚接觸）的直接反應。
這些反應被稱為誘發電位，是神經科學中最精確計時的測量指標之一。
什麼是誘發電位？
誘發電位是緊接在外部刺激之後發生的 EEG 電壓的明顯且可測量的變化。「誘發」是指因果觸發：發生了某些事情，大腦做出了反應。同時，「電位」是指在頭皮上的記錄電極之間產生的電位差。
使這種信號在科學上具有實用價值的是一種稱為刺激鎖定定時的特性。神經反應在短暫且相當可預測的延遲後跟隨刺激，並且總是相對於刺激呈現的時刻進行測量。
在實際應用中，研究人員通過耳機播放音調或在屏幕上閃爍視覺圖案，將每個 EEG 紀元與傳遞刺激的確切瞬間對齊。在該對齊點之後不久出現的任何一致的電學變化都被視為誘發反應的一部分。
這與大腦持續進行的自發活動有本質上的不同。無論是否存在刺激，大腦都會持續產生電場。
誘發電位是疊加在通常背景之上的微小的、時間鎖定的反應。無論是否發生刺激，自發活動都會繼續。誘發電位僅因刺激發生而出現。
誘發電位可以通過兩種廣泛的方式觸發：
自然感官輸入：聲音、視覺圖案、觸覺。
大腦皮層的直接實驗性刺激：例如經顱磁刺激中使用的磁脈衝。
誘發電位來自哪裡
頭皮記錄的誘發電位是大量皮層神經元群體電活動的總和。
這種總和活動的主要來源是突觸後電位。當一個神經元向另一個神經元發送信號時，接收神經元在其突觸處會經歷微小的電變化。這種突觸後電位是神經通訊的基本貨幣。
在皮層中，最大且最有序的貢獻者是錐體細胞，這是一類在皮層表面形成分層排列的興奮性神經元。這種幾何規律性使它們的突觸後電位能夠總和成相干電場。
然後，這些局部電場通過周圍的大腦組織擴散，穿過緩衝大腦的腦脊液，穿過顱骨，最後到達頭皮。
誘發電位檢查的類型
選擇的誘發電位檢查類型取決於正在檢查的感覺系統或神經通路。每種方法使用不同的刺激，並從選擇用於捕捉相關反應的位置記錄活動。
儘管這些程序具有共同的原理，但它們的準備、波形圖案和臨床用途卻有所不同。主要類別包括視覺、聽覺和體感測試。
視覺誘發電位 (VEP)
視覺誘發電位評估沿著視覺通路產生的電活動，從眼睛通過視神經和視覺結構，向大腦後部延伸。常見的方案是呈現圖案化的屏幕，儘管確切的刺激可能會根據測試環境而有所不同。當個人專注於視覺目標時，頭皮上的電極會記錄大腦的反應。
當視覺症狀原因不明或臨床醫生正在評估視神經或中樞視覺通路可能受損時，VEP 測試有助於提供功能性信息。結果並不是視覺敏銳度的直接測量，且正常的記錄並不能排除所有的眼睛或大腦疾病。注意力、視覺注視、屈光矯正和刺激的清晰度等因素都會影響波形。
腦幹聽覺誘發電位 (BAEP) 測試
腦幹聽覺誘發電位測量聲音在聽神經和腦幹通路中傳播時產生的電學反應。通常通過耳機播放咔嗒聲或基於音調的聲音，頭皮電極記錄每次聲音後短時間內發生的一系列反應。該波形包含幾個峰值，其定時可提供有關通過聽覺通路連續部分的傳導信息。
當需要評估聽覺通路功能而又不完全依賴於人的行為反應時，BAEP 測試非常有用。它可用於特定的神經學評估、聽力評估以及配合度有限的情況。由於記錄對刺激水平、耳朵狀況、電極位置和電噪聲很敏感，因此必須將結果與其他聽力和神經學信息一起考慮。
體感誘發電位 (SSEP)
體感誘發電位評估將感覺從肢體傳導至脊髓和大腦的通路。微弱的電脈衝被傳遞到周圍神經（通常在手腕或腳踝處），同時在沿途的幾個點記錄反應。產生的信號有助於評估周圍神經、脊髓結構和中樞感覺通路的傳導是否完好。
當臨床醫生需要有關脊髓或感覺通路完整性的功能性信息時，SSEP 測試特別具有相關性。它也可用於特定的手術過程中，以監測通路功能隨時間的變化。該測試並不能測量感覺的各個方面，異常反應必須與溫度、肢體位置、周圍神經疾病、藥物或技術干擾造成的影響區分開來。
測量誘發電位面臨的挑戰與變數
定義誘發電位的群體信號總是嵌入在大腦持續進行的自發電活動中，而且該背景通常大於其包圍的反應。
這帶來了實際的挑戰。如果自發的 EEG 大於誘發反應，單次試驗往往無法清晰地揭示刺激鎖定信號。
經典的解決方案是信號平均法，即多次呈現相同的刺激。每個 EEG 紀元都與刺激呈現的確切瞬間對齊，並將產生的試驗平均在一起。
在每次試驗中以相同潛伏期出現的誘發反應在平均化過程中得以保留。與刺激不同步的自發活動則傾向於相互抵消。
單次試驗分析與信號處理
雖然平均法幾十年來一直是標準方法，但它並不是唯一的途徑。通過適當的信號處理方法，單次試驗分析是可行的。
由 Başar 等人進行的一項研究關於 40 Hz 自發活動和聽覺誘發電位，報告稱所應用的信號分析方法能夠對結合的 EEG 和誘發電位紀元進行單次試驗檢查，而不需要大量的平均波形。單次試驗方法之所以重要，是因為它們保留了平均法所抹去的試驗間變異性。
該研究的作者還指出，他們的方法可以擴展到認知過程的研究中，在這些研究中，有意義的信號可能在不同試驗之間發生變化。
刺激前腦狀態的影響
大腦的刺激前狀態會塑造隨後反應的大小。一項針對四名臨床健康成年男性的經顱磁刺激研究探索了這種聯繫。研究人員在向左側運動皮層傳遞 100% 運動閾值（可靠觸發肌肉反應的脈衝強度）且頻率為 0.1 Hz 的磁脈衝時，記錄了 EEG 和肌電圖。
他們發現：
與高 alpha 功率呈顯著負相關（−0.22）
與 gamma 功率呈顯著正相關（+0.17）
與低 gamma 與高 alpha 比率的相關性最強（0.27）
作者將這些相關性解釋為皮層興奮性的可能指標。一個處於激活狀態、具有相對較多 gamma 活動和較少 alpha 的大腦，可能對刺激脈衝的反應更為強烈。一個由較慢的 alpha 節律主導的大腦可能會顯示出較小的反應。
但這些相關性是適度的，且樣本只有四名參與者。這些發現表明，刺激前頻帶與誘發反應大小之間存在真正的關係，但它們不能單獨作為一個既定的模型。
究竟是什麼被誘發了？
第二個核心挑戰是首先確定究竟是什麼被誘發了。
並非所有被標記為「誘發」的電位都是純粹由預期的刺激產生的。許多大腦刺激技術都帶有內置的感覺副作用，這些副作用本身就可以觸發大腦反應。
經顱磁刺激 (TMS) 是一個有用的案例研究。TMS 使用短暫的磁脈衝來興奮目標皮層區域中的神經元群。但磁線圈也會產生巨大的咔嗒聲，且脈衝會在頭皮上產生物理感覺。
這兩種外周效應本身就是感覺事件。咔嗒聲激活聽覺系統，而頭皮感覺激活體感系統。
這種模糊性的重要性在 2019 年的一項實驗中得到了證實，該實驗涉及 17 名健康的年輕人。研究人員在兩個皮層區域（左側後頂葉皮層和額上回）傳遞了真實的 TMS，並記錄了對模擬咔嗒聲和頭皮感覺而不產生經顱脈衝的真實偽刺激的反應。他們應用了標準的預防措施，包括在線圈下方使用泡沫層和聽覺噪聲掩蔽。
然而，儘管採取了這些措施，由真實 TMS 誘發的皮層電位與由真實偽 TMS 誘發的電位非常相似。反應的早期和晚期成分的時間和空間特徵相匹配。
這並不意味著誘發電位無效。這意味著記錄的反應並不會自動成為對預期刺激的反應。研究作者得出結論，在 TMS-EEG 設計中需要外周多感覺控制條件，以將經顱成分與非經顱成分分開。這一邏輯延伸到任何具有感覺副作用、需要分離目標通路之對照的刺激方法。
為什麼誘發電位很重要
上述方法上的謹慎並不是拒絕誘發電位的理由。這正是它們保持實用性的部分原因。一個可以被精確計時、記錄和控制的信號，就是一個可以被應用的信號。
在研究和臨床領域，誘發電位通常用於：
測試感覺通路是否完好
在醫療程序中監測大腦反應
設計腦機介面
感覺通路測試背後的邏輯是，如果刺激沿著健康的路線從感覺器官傳播到大腦，那麼在預期的延遲時間內應該會出現時間鎖定的反應。延遲或缺失的反應可能指向該路線某處的中斷。
為什麼刺激鎖定信號塑造了實用神經科學
在神經科學中，誘發電位表明，大腦對外部世界的反應可以通過頭皮上精確計時的電變化來測量。這些信號源於成千上萬個皮層神經元共同作用，這使它們成為了解群體水平大腦活動而不是任何單個細胞放電的可靠窗口。
使其可識別的相同定時特性也帶來了核心科學挑戰：自發的大腦節律通常更大，因此分離鎖定反應需要重複試驗或仔細的單次試驗分析。當刺激帶來感覺副作用時，研究人員還需要控制條件，因為記錄的反應可能反映了這些額外的副作用，而不是僅反映預期的刺激。
在刺激到達之前，大腦的持續狀態會塑造反應的大小，在所審查的研究中，較快的頻帶與較強的反應相關聯。這表明大腦並非單純是被動的；它在輸入時刻的內部節律會影響被測量的內容。
此外，像腦機介面這樣的實用工具可以利用誘發電位的頻率鎖定特性進行實時監測，例如通過 EEG 功率的變化來檢測疲勞。儘管如此，最強有力的證據仍支持基本的信號特性，而許多更廣泛的用途雖然前景廣闊，但尚未得到充分證實。
參考文獻
Başar, E., Rosen, B., @& Başar-Eroglu, C., & Greitschus, F. (1987). 40 Hz-EEG 與聽覺誘發電位中潛伏期反應之間的關聯。《國際神經科學雜誌》，33(1-2), 103-117. https://doi.org/10.3109/00207458708985933
Zarkowski, P., Shin, C. J., Dang, T., Russo, J., & Avery, D. (2006). EEG 與運動誘發電位振幅的變異數。《臨床 EEG 與神經科學》，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). 非經顱 TMS 誘發電位是 TMS-EEG 研究中固有的模糊性來源。《神經影像》，185, 300-312. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2018.10.052
常見問題
什麼是誘發電位？
誘發電位是緊接在外部刺激（如光、聲音或觸覺）之後並對其做出反應而發生的 EEG 電壓的明顯且可測量的變化。它是「刺激鎖定」的，意味著它在刺激後具有可預測的延遲。
誘發電位與自發腦活動有何不同？
自發活動是大腦持續、不間斷的電場流，無論外部刺激如何都會發生。誘發電位是對特定事件的微小、精確計時的反應，疊加在這種背景活動之上。
為什麼在 EEG 研究中使用信號平均法？
自發的大腦活動通常大於微小的誘發反應，使其很難在單次試驗中看到。多次呈現刺激並對紀元進行平均，會使隨機、不同步的自發活動相互抵消，而一致、刺激鎖定的誘發電位則得以保留。
誘發電位的單次試驗分析是否可行？
是的。雖然信號平均法是傳統方法，但先進的信號處理方法允許進行單次試驗分析。如 Başar 等人的研究所討論的，這種方法非常寶貴，因為它保留了平均法所抹去的試驗間變異性，這對於研究不斷變化的認知過程特別有用。
刺激前腦狀態扮演什麼角色？
緊接在刺激前的大腦持續活動會影響隨後反應的大小。一項經顱磁刺激研究表明，一個「激活」的刺激前狀態（以較高的 gamma 功率和較低的 alpha 功率為特徵）與更強、更興奮的反應相關。
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克里斯蒂安·布戈斯
