視覺誘發電位 (VEPs)

什麼是視覺誘發電位 (VEP)？

視覺誘發電位是視覺系統在看到特定刺激後產生的電生理反應。該反應是透過放置在頭皮上的電極記錄下來的，通常位於靠近視覺皮層的枕葉區域。

與標準的視力測量不同，該測試評估的是視覺訊息如何通過從眼睛到大腦的通路。它是非侵入性的，不需要對眼睛進行注射或電刺激。

VEP 測試是如何運作的？

在測試過程中，受試者看著一個視覺目標，同時傳感器檢測電活動的微小變化。電腦會對重複刺激的反應進行平均，因為每個單獨的訊號都非常微小，很容易被背景腦活動所遮蔽。評估所得的波形特徵，例如潛伏期（反應出現所需的時間）和振幅（反映記錄反應的大小）。

這段記錄看起來像是誘發反應，而不是大腦的照片。它提供了有關視覺通路的運作資訊，包括可能難以透過直接檢查進行評估的區域。VEP 記錄與更廣泛的腦電圖 (EEG) 方法相關，因為兩者都使用頭皮電極來測量電活動，儘管其目的和刺激條件有所不同。

視覺誘發電位測試的類型

不同的 VEP 方案使用不同的視覺刺激。選擇取決於研究問題、受試者注視目標的能力，以及在檢查過程中可獲得的視覺輸入品質。

常見的方法包括基於圖案的測試（其中螢幕上的結構化圖像會發生變化）和閃光測試（其中短暫的光閃爍會刺激視覺系統）。

這些類別在所有情況下都不能互換。當視力和注意力允許時，基於圖案的記錄可以提供更具結構性的測量，而當這些條件受限時，閃光測試可能會很有用。因此，當臨床醫生比較不同結果時，方案和參考標準至關重要。

用於獲取乾淨訊號的 EEG 記錄技術

電極放置和創新的硬體設置

擷取 VEP 始於電極的放置。標準設置將一組有限的電極放置在後頭皮區域，那裡的視覺皮層訊號最強。然而，許多研究應用使用高密度陣列來擷取整個頭部的地形圖細節。

例如，設計、製造並專門測試了用於在強 MRI 磁場內記錄 VEP 的非磁性 64 通道 EEG 帽。在此，作者報告稱，較多數量的通道使得繪製具有足夠空間細節的反應圖成為可能，從而將真正的視覺皮層活動與雜訊區分開來。

靈活且可穿戴的 EEG 配置

同時，在某些情況下，甚至記錄位置本身也變得更加靈活。一種名為耳部腦電圖 (ear-EEG) 的可穿戴方法將電極放置在耳道內，而不是整個頭皮上。當研究人員 Kidmose 等人將 ear-EEG 與傳統的頭皮上 EEG 進行聽覺和視覺誘發反應的對比時，基於耳部的視覺記錄達到了與放置在顳葉區域電極記錄的傳統 EEG 相當的訊噪比。

ear-EEG 的比較是在一組受試者群體中進行的，而不是在單個個體中進行的，並且它包括了穩態和瞬態視覺方法。穩態反應在訊噪比和統計學顯著性方面進行了評估，而瞬態反應則透過平均事件相關電位波形進行了檢查。

在顳葉區域附近達到傳統 EEG 品質是值得注意的，因為耳道在物理上遠離枕葉皮層，而枕葉皮層是視覺反應最大的地方。該結果表明，ear-EEG 可以為在傳統實驗室帽外記錄 VEP 提供實用且低調的選擇。

管理偽影與大腦狀態敏感性

偽影消除可處理外部雜訊，但大腦自身的背景狀態也會影響 VEP。在傳統記錄中，無論在每次閃光前的瞬間大腦在做什麼，視覺刺激都是持續或以固定間隔提供的。

一種平均演算法採用了不同的方法，計算了每次刺激前一秒窗口內頂點處 theta 和 alpha 頻段 EEG 活動的均方根值。這些是在標準 EEG 頻段中可見的較慢的節律性腦活動模式。當刺激前活動較高時，刺激會被阻斷；當其較低時，則會提供刺激。

十二名健康志願者參與了這項研究。與傳統的持續刺激相比，這種狀態依賴性觸發將頂點處的 N1-P2 振幅提高了約 35%，在進行刺激間隔修正後提高了 25% 至 30%。此外，額葉、顳葉和頂葉的記錄位置也顯示出類似的增加。

該研究還指出，刺激前 EEG 的頻率內容會影響所得 VEP 的形狀，這意味著不僅背景活動的總體量重要，而且其主導的節律性模式對最終波形也至關重要。

瞬態與穩態 VEP 記錄方法的比較

視覺刺激的呈現方式也決定了 VEP 的形狀。兩大類方法在該領域佔據主導地位：瞬態和穩態。

瞬態方法提供短暫、離散的刺激，然後在大腦出現下一個刺激之前讓其恢復休息。上述狀態依賴性研究使用的是每次持續一秒的光刺激。這些閃光不是以持續的節律呈現的，而試驗之間的這種分離防止了一個反應與下一個反應重疊。

在許多試驗與刺激開始時間鎖定並進行平均後，會出現一個特徵波形。該波形包含可識別的峰值，例如 N1 和 P2 成分。當目標是測量大腦對單一視覺事件的離散皮層反應的精確時間和形狀時，瞬態 VEP 特別有用。

另一方面，穩態視覺誘發電位 (SSVEP) 使用週期性刺激，而不是孤立的閃光。閃爍或調製的圖案會產生隨刺激節律而變化的持續大腦反應。

一項 2015 年對穩態方法的綜述追溯了這種方法，從早期對簡單調製光反應的單通道記錄，到如今精密數位顯示器、複雜視覺刺激和高密度記錄陣列的應用。由於反應是持續的，穩態記錄的分析方式可以與瞬態波形不同。它們已被應用於基礎視覺科學中以研究感覺和知覺，並繼續為對隨時間變化的持續視覺處理感興趣的應用場景提供資訊。

在瞬態和穩態方法之間進行選擇，取決於研究人員是想要擷取單一的離散大腦事件，還是持續的節律性反應。

如何解讀 VEP 波形：潛伏期、振幅和空間地圖

標準的瞬態 VEP 包含幾個命名的峰值：

• N1 是在視覺刺激後約 100 毫秒出現的向負向偏轉的波。

• P2 是緊隨其後出現的向正向偏轉的波。

N1-P2 複合波是從頂點處的中線測量的，並已成為皮層處理的標準標記，因為其大小對刺激條件和大腦內部狀態都有反應。

此外，該波形的兩個特徵攜帶著不同類型的臨床資訊：

1. 潛伏期是從刺激開始到給定峰值的時間。它反映了視覺訊息從視網膜通過視神經和視覺通路進入皮層的速度。

2. 振幅是電反應的大小或強度。它反映了有多少神經元同時放電，以及這些放電的同步程度。

兩者之間的分離有可能具有診斷意義。在對波羅的海漸進性肌陣攣癲癇的研究中，患者顯示出顯著延遲的 VEP 潛伏期，但振幅正常。作者提出，這種模式指向突觸傳遞受損，而不是神經元的喪失。

如果神經元缺失或受損，預計振幅也會下降。在潛伏期延長的同時保留了正常的振幅，表明神經元是存在的，但它們跨突觸的化學訊號傳遞變慢了。

作者報告稱，這種減慢可能反映了多巴胺能功能障礙，但核心發現是潛伏期和振幅可以作為功能性標記分開來。

最後，反應出現在頭皮上的位置增加了第三層解讀。由於視覺皮層位於大腦後部，因此 VEP 峰值在後電極上最大。

高密度陣列使這種空間模式變得清晰得多。例如，在同步 EEG-fMRI 研究中，研究人員在 100 毫秒左右的 VEP 峰值時刻創建了等電位圖。等電位圖是一種地形圖，它將頭皮上電壓相等的點連接起來，形成類似於天氣圖的等值線。

這些電壓等值線圖與 fMRI 上在初級和次級視覺皮層中變得活躍的大腦區域非常吻合。這種吻合表明，頭皮記錄的 VEP 並非擷取到通用的大腦反應。它忠實地反映了視覺皮層區域活動的空間模式。

視覺誘發電位測試的未來

未來的發展可能將集中在提高標準化、訊號品質，以及測試具有不同視覺和溝通能力的人群。更一致的方案和精心構建的參考資料庫可能會使不同中心之間的結果更容易進行比較。記錄硬體的進步也可能支持在傳統實驗室環境之外進行更快的設置和更可靠的測量。

研究可能會進一步檢查 VEP 測量與結構影像學、視網膜評估和其他形式的神經科學之間的關係。結合互補的測量可以澄清訊號變化反映的是眼睛、視神經還是視覺通路更靠後的部位。這種整合可能會改善疾病監測，儘管它仍需要在精心設計的臨床研究中進行驗證。

計算分析可能輔助進行波形檢測、品質控制和縱向對比。這些工具應被視為解讀的輔助手段，而不是獨立的診斷權威。VEP 測試的未來價值將不僅取決於技術敏感性，還取決於透明的方法、臨床上具有意義的參考標準，以及對測量局限性的仔細關注。

為什麼測量視覺通路時間對大腦科學至關重要

視覺誘發電位提供了一個獨特且直接的窗口，讓我們了解大腦將光轉化為知覺的速度和強度。這裡展示的研究表明，這種單一的電學測量可以揭示神經絕緣、神經元之間的化學溝通或皮層處理的時間是否出現偏差。由於該測試是非侵入性的，且不需要輻射，因此它成為衡量視覺系統隨時間變化的一種實用方法。

記錄設置的不斷增加的靈活性（從高密度帽到基於耳部的電極）使得這種評估在不同環境中更加容易進行。始終保持一致的是其根本價值：一種簡單、安全的測試，可擷取核心感官通路的功能完整性。

參考文獻

1. Bonmassar, G., Anami, K., Ives, J., & Belliveau, J. W. (1999). Visual evoked potential (VEP) measured by simultaneous 64-channel EEG and 3T fMRI. Neuroreport, 10(9), 1893-1897.

2. Kidmose, P., Looney, D., Ungstrup, M., Rank, M. L., & Mandic, D. P. (2013). A study of evoked potentials from ear-EEG. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 60(10), 2824-2830. https://doi.org/10.1109/TBME.2013.2264956

3. Rahn, E., & Basar, E. (1993). Enhancement of visual evoked potentials by stimulation during low prestimulus EEG stages. International Journal of Neuroscience, 72(1-2), 123-136. https://doi.org/10.3109/00207459308991629

4. Norcia, A. M., Appelbaum, L. G., Ales, J. M., Cottereau, B. R., & Rossion, B. (2015). The steady-state visual evoked potential in vision research: A review. Journal of vision, 15(6), 4-4. https://doi.org/10.1167/15.6.4

5. Mervaala, E., Keränen, T., Pääkkönen, A., Partanen, J. V., & Riekkinen, P. (1986). Visual evoked potentials, brainstem auditory evoked potentials, and quantitative EEG in Baltic progressive myoclonus epilepsy. Epilepsia, 27(5), 542-547. https://doi.org/10.1111/j.1528-1157.1986.tb03581.x

常見問題

什麼是視覺誘發電位 (VEP)，它們測量什麼？

VEP 是在視覺刺激的反應下，從視覺皮層上方的頭皮記錄下來的電訊號。它們測量視覺通路將資訊從視網膜傳遞到初級視覺皮層的速度和強度，反映了傳導速度和皮層處理。

VEP 是如何記錄的，有哪些不同的電極放置選項？

VEP 的記錄使用與 EEG 相同的表面電極，通常放置在後頭皮區域，那裡的視覺皮層訊號最強。最近的進展包括用於詳細空間地圖繪製的高密度陣列，以及可穿戴式 ear-EEG，後者將電極放置在耳道內，並可以達到與傳統頭皮記錄相當的訊號品質。

瞬態和穩態 VEP 方法有何不同？

瞬態 VEP 使用由休息期隔開的短暫、離散刺激，使大腦在每次試驗之間恢復到基線，這對於測量單個皮層反應的確切時間和形狀非常有用。穩態 VEP 使用持續的、閃爍的或調製的刺激，產生隨著刺激頻率變化的節律性大腦反應，這對於研究持續的視覺處理非常有用。

在潛伏期、振幅和空間分佈方面如何解讀 VEP 波形？

潛伏期是從刺激開始到峰值的時間，反映了視覺資訊沿通路傳遞的速度，而振幅反映了同時放電的神經元數量以及放電的同步程度。空間分佈增加了第三層解讀，因為 VEP 峰值在後電極上最大，高密度陣列可以創建繪製頭皮電壓模式的地圖，這與 fMRI 上活躍的視覺皮層區域密切相關。

什麼是 N1-P2 複合波，它為什麼重要？

N1-P2 複合波由視覺刺激後約 100 毫秒出現的負向偏轉，隨後是正向偏轉組成，兩者都是在頂點處的中線上測量的。該複合波是皮層處理的標準標記，因為其大小對刺激條件和大腦內部狀態都很敏感，使其成為測試記錄方案是否成功分離視覺反應的實用測量結果。

為什麼 VEP 被認為是評估視覺通路的核心工具？

VEP 提供了一種直接、非侵入性的視角，展示了視網膜、視神經和視覺皮層如何以毫秒級的精度處理計時的視覺事件，且無需承受輻射或注射。它們對視覺通路功能障礙（從脫髓鞘疾病到突觸傳遞障礙）具有廣泛的敏感性，並提供了一種隨時間追蹤功能完整性的實用方法，尤其是在多發性硬化症、視神經炎和漸進性肌陣攣癲癇等疾病中。