皮层诱发电位（CEP）是指当一部分皮层神经元受到直接刺激（通常是用经颅磁刺激（TMS）脉冲或施加于皮层表面的短暂电流）时，所发生的即时的、锁时的电压变化。
该信号在脑电图（EEG）上表现为一个微小且快速的偏转，但其决定性特征在于其来源。“皮层”这一标签表明，所记录的活动反映的是局部兴奋性、皮层内的突触处理以及皮层区域之间的传导，而不是来自眼睛、耳朵或皮层下中继站的感觉信息的到达。
什么是皮层诱发电位？
皮层诱发电位是在特定的感觉或电刺激后，大脑电活动中可测量到的变化。与自发性脑电图（EEG）活动不同，它们与特定事件在时间上锁定，并通过检查以下特征进行评估：
潜伏期
振幅
波形形状
空间分布
这些反应为观察连接外周与皮层的神经通路的计时和完整性提供了一个窗口。
皮层在诱发电位中的作用
皮层是许多感觉通路的终点，但皮层反应并不是孤立发生的。信号在通过外周感受器、脑或脊髓通路、脑干和丘脑回路时会被过滤和转换。因此，最终的反应既反映了通路传导，也反映了对传入信息进行解释或整合的皮层网络。
皮层诱发电位也可能随警觉度、注意力、年龄、药物以及神经系统的状态而变化。它们的计时可以提供有关传输速度的信息，而它们的分布可以暗示哪些皮层区域参与了该反应。有关刺激锁定活动及其与自发脑信号区别的更广泛背景，请参阅这份关于脑电图（EEG）中诱发电位的概述。
皮层诱发电位（CEP）信号源自皮层的什么位置？
形成 CEP 的 脑电图（EEG） 信号来自于皮层内平行排列的数万个锥体神经元的突触后电位总和。
当经颅磁刺激（TMS）脉冲或皮层电刺激驱动一个皮层群体时，突触释放神经递质，突触后受体开放，离子流动，产生的突触后电流创造了一个可测量的电场。CEP 就是这些固有皮层电流的 脑电图（EEG）读数。
一个有用的例子来自运动皮层中经颅磁刺激（TMS）诱发的皮层电位。当单个经颅磁刺激（TMS）脉冲激活皮层时，它会产生一系列 波形组分。
在脉冲后约45毫秒出现一个早期阴性电位。在约100毫秒时出现一个较晚的阴性电位。
每个组分都带有独特的生理特征，因为不同的皮层突触和受体系统塑造了它们。正如 药理学-经颅磁刺激-脑电图（pharmaco-TMS-EEG）实验 所表明的那样，早期组分和晚期组分对操纵 GABA-A 和 GABA-B 受体的药物反应不同。这种药理学上的分离告诉我们，波形组分是特定突触后回路的分层读数。
如何区分外周与皮层经颅磁刺激（TMS）反应
传递到头皮的经颅磁刺激（TMS）脉冲并不是一个干净的、仅针对皮层的干预。磁场还会激发头皮中的感觉轴突，触发线圈附近的小肌肉抽搐，并产生尖锐的咔哒声。
那种咔哒声会激活听觉皮层，而头皮感觉则会激活躯体感觉皮层。这些二次感觉输入产生的皮层电位在时间和空间模式上与直接皮层刺激产生的 CEP 极其相似。
因此，一个现实的假刺激对照试图通过模仿经颅磁刺激（TMS）的声音和头皮感觉来解决这个问题，同时避免经颅皮层刺激。在2018年的一项研究中，当 研究人员在传递假经颅磁刺激（TMS） 时调整线圈方向以减少直接的皮层激活，假刺激诱发的电位与真实的经颅磁刺激（TMS）电位高度重叠。即使研究人员在线圈下使用泡沫垫并使用听觉噪音掩蔽来减弱外周混杂因素，这种重叠依然存在。
此外，作者报告称，在17名健康年轻志愿者中，在真实的经颅磁刺激（TMS）之后，早期和晚期经颅磁刺激 诱发电位 组分的时间和空间特征与现实假经颅磁刺激（TMS）之后的电位非常相似，无论是在后顶叶皮层还是在额上回进行测试。
这些发现强调了将真实的皮层反应与外周感觉混杂因素分离开来是多么困难。如果没有严格的对照条件，区分直接神经兴奋和二次感觉反馈仍然是一个重大障碍。
皮层诱发电位（CEP）如何追踪皮层-皮层连接性
当研究人员直接从放置在皮层表面的硬脑膜下电极网格进行记录时，会出现另一种版本的 CEP：皮层-皮层诱发电位。
在这里，向一个皮层区域传递一个微小的电脉冲，并在其他皮层电极上记录由此产生的活动。因为刺激和记录都发生在皮层内部，头皮的外周感觉混杂因素被消除了。这种设置将 CEP 变成了连接性追踪器，绘制了连接皮层区域的通路。
来自人类语言系统的证据 说明了这是如何工作的。在接受侵入性癫痫监测的八名患者中，研究人员首先使用传统的皮层电刺激来确定前部和后部语言区。然后，他们向这些区域传递单个电脉冲，并对来自外侧裂和外侧裂外基底颞叶语言电极的皮层脑电图进行平均。
其中，研究人员报告说，刺激前部语言区在八名患者中的七名患者的外侧颞顶叶区域产生了皮层-皮层诱发电位。这些反应出现在颞上回的中部和后部、相邻的颞中回以及缘上回。
重要的是，电位也发生在或接近那些在受到刺激时会导致言语停止的特定后部语言电极。相比之下，刺激相邻的面部运动区并未在语言区引起反应。该反应反而出现在中央后回。
这些传播的电位告诉我们关于神经产生源的什么信息？
每一个所谓的晚期诱发电位只有在耦合延迟之后才会出现在皮层电极上。该延迟反映了神经活动沿着皮层-皮层通路从刺激部位传导到记录部位所需的时间。因此，记录的电位似乎代表了通过皮层区域之间的解剖连接传输的神经活动。
语言数据还显示出比经典的 Wernicke-Geschwind 模型所提出的更为网络化的架构。刺激前部语言区在后部语言区和基底颞叶区产生了电位。同时，刺激后部语言区在前部语言区以及（在部分患者中）基底颞叶区产生了电位。
这种双向模式表明 Broca 区和 Wernicke 区之间存在前馈和反馈投射，这可能是通过弓状束、皮层-皮层下-皮层通路或两者共同介导的。
此外，记录到的电位来自于比仅通过电刺激识别的后部语言区更大的皮层领地，这表明公认的核心区域周围环绕着一个更广泛的神经元网络。
皮层诱发电位的神经递质特征
当用药物操纵特定的皮层突触时，经颅磁刺激（TMS）诱发的脑电图（EEG）电位的组分会发生可预测的变化。皮层似乎依赖 GABA 能抑制来平衡兴奋。
GABA-A 受体介导快速抑制性信号传导。GABA-B 受体介导较慢、较持久的抑制。上述药理学-经颅磁刺激-脑电图（pharmaco-TMS-EEG）实验测试了作用于每个系统的化合物的效果，重点关注45毫秒左右的 N45 组分和100毫秒左右的 N100 组分。
研究结果遵循一致的规律：
使用苯二氮䓬类药物（特别是阿普唑仑和地西泮）正向调节 GABA-A 受体，增加了大约45毫秒时早期阴性组分的振幅。
主要作用于含 α1 亚基的 GABA-A 受体的唑吡坦也增加了 N45，但保持较晚的组分不变。
苯二氮䓬类药物倾向于在100毫秒左右减少晚期阴性组分。
巴氯芬（一种直接激活 GABA-B 受体的药物）特异性地增加了 N100 振幅。
这些不同的作用表明，N45 组分似乎代表了由含 α1 亚基的 GABA-A 受体驱动的活动。N100 组分似乎代表 GABA-B 受体活动。这就像是波形的组分映射到了人类皮层中特定的突触受体机制上。
这使得经颅磁刺激-脑电图（TMS-EEG）组分成为研究癫痫或精神分裂症等涉及 GABA 能信号传导的疾病中抑制和兴奋平衡的候选标志物。
皮层诱发电位（CEP）如何反映脑状态和年龄相关变化
皮层诱发电位的振幅即使在同一个体中也不是固定的。它会随着刺激瞬间皮层的内在状态而变化。
一项 睡眠慢波振荡研究 试图直接证明这一点。当研究人员在 非快速眼动睡眠 期间使用单脉冲经颅磁刺激（TMS）靶向初级运动皮层时，他们基于慢波振荡上态和下态的脑电图自动检测，在线触发刺激。
上态对应于全局去极化阶段。下态对应于超极化阶段。
作者发现，与清醒状态相比，睡眠运动诱发电位更小且延迟。睡眠经颅磁刺激（TMS）诱发的脑电图（EEG）电位发生了根本性的改变，与自发的 慢波振荡 非常相似。但关键的状态依赖性发现是，在上态期间诱发的运动诱发电位和经颅磁刺激（TMS）诱发的脑电图（EEG）电位始终比在下态期间诱发的要大。
此外，每种睡眠状态内的振幅取决于刺激时精确时间和地点的实际脑电图（EEG）电位。皮层的兴奋性在振荡本身内部发生移动，具有毫秒级的分辨率。这一发现表明 脑电波 相位和皮层兴奋性是以一种可测量的方式耦合在一起的。
在 衰老研究 中也出现了类似的情况，但生理变化和病理性变化之间有着清晰的区别。当研究人员比较健康老年人、健康年轻人和 阿尔茨海默病 患者的经颅磁刺激（TMS）诱发的脑电图（EEG）电位时，他们发现生理性衰老并未改变左额上回对经颅磁刺激（TMS）的脑电图反应。健康的老年人和健康的年轻人产生了相似的皮层电位。
只有在阿尔茨海默病和认知障碍患者中，该反应才发生显著改变。这种分离表明 CEP 对正常的年龄相关皮层变化不敏感，但对与认知功能衰退相关的病理性皮层功能障碍敏感。
在整个睡眠和衰老过程中，相同的原理都适用：CEP 依赖于皮层膜电位、突触状态以及刺激时存在的大脑状态。正是由于这种依赖性，它们使 神经科学家 能够探测皮层兴奋性随着时间、在不同状态下以及与病理过程相关的变化。
皮层诱发电位的未来方向与研究
研究正朝着更精确地描述诱发反应如何因人、因试验、因皮层区域和因意识状态而异的方向发展。
高密度头皮记录、改进的颅内采样以及结合的解剖-功能图谱可能有助于阐明记录电压与底层神经源之间的关系。更好的刺激传递和元数据标准同样重要，因为技术的一致性有助于进行有意义的比较。
信号分析 也正在扩展到简单的波峰视觉识别之外。单次试验方法、统计建模、源估计和经过仔细验证的机器学习方法可能会保留常规平均法所消除的信息。这些方法仍然必须针对伪迹敏感性、数据集漂移、可解释性和具有临床意义的终点进行测试，而不仅仅是根据预测性能来判断。
最后，未来的研究将受益于透明的报告和共享的分析定义。对刺激、记录导联配置、预处理、反应窗口和显著性标准的共同描述，可能使研究结果更容易在不同的实验室之间进行复制。更广泛的目标不仅是获得更大的 波形，而是将皮层诱发电位与通路功能、网络通信和与患者相关的生理学的可靠测量联系起来。
为什么直接皮层听诊改变了我们研究大脑健康的方式
皮层诱发电位重新构建了我们如何倾听大脑的问题：它们捕获皮层自身对直接刺激的反应，而不是追踪来自外部世界的感觉信号。
这些信号反映了局部突触机制、受体特异性活动以及皮层区域之间的通信，所有这些都会随着大脑状态和疾病而改变。通过将特定的波形组分与 GABA 能受体系统联系起来并绘制双向语言通路，该技术将脑电图（EEG）偏转转化为皮层生理学的功能读数。
值得注意的是，只有当研究人员将皮层与头皮和耳朵分离开来时，该读数才变得值得信赖。现实的假刺激对照和侵入性记录表明，直接的皮层激活可以与外周感觉噪声区分开来，同样的对照也使药物研究和衰老对比具有可解释性。
因此，皮层诱发电位最好被理解为测量癫痫、精神分裂症和阿尔茨海默病等疾病中皮层兴奋性、连接性和病理性功能障碍的实用标记物，而不是关于大脑如何工作的固定答案。
参考文献
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常见问题
什么是皮层诱发电位？
皮层诱发电位是脑电图（EEG）上记录到的时间锁定电压变化，当皮层神经元群体受到直接刺激（通常使用经颅磁刺激（TMS）脉冲或电流）时发生。与对感觉事件的反应不同，它反映了皮层的内部兴奋性和突触加工，而不是传入的感觉信息。
皮层诱发电位与感觉诱发电位有何不同？
感觉诱发电位追踪外部刺激如何从感觉器官通过脑干和丘脑传导到皮层，而皮层诱发电位则始于对皮层本身的直接刺激。两者的区别在于方向：感觉电位追踪传入（传入的）输入，而皮层诱发电位探测皮层组织内局部的和传出的加工。
皮层诱发电位的信号来自哪里？
这些信号来自皮层内平行排列的数万个锥体神经元的突触后电位总和。当直接脉冲驱动这些神经元时，突触释放神经递质，离子流动，产生一个可测量的电场，成为诱发电位。
为什么在研究经颅磁刺激（TMS）诱发电位时，假刺激对照是必要的？
经颅磁刺激（TMS）脉冲还会激发头皮中的感觉轴突，触发肌肉抽搐，并产生咔哒声激活听觉和躯体感觉皮层，从而产生类似于直接皮层反应的电位。一个现实的假刺激对照在避免经颅刺激的同时模仿这些外周感觉，使研究人员能够将真正的皮层激活与外周贡献分离开来。如果没有该对照，脑电图（EEG）反应可能反映的是外周感觉加工，而不是直接的皮层激活。
不同的药物如何影响皮层诱发电位的波形组分？
正向调节 GABA-A 受体的药物会增加经颅磁刺激（TMS）诱发电位的早期阴性组分，而唑吡坦特异性地影响该早期组分而不改变晚期组分。激活 GABA-B 受体的巴氯芬会增加晚期阴性组分。这表明不同的波形组分映射到皮层中特定的突触后受体机制上。
皮层诱发电位如何随着大脑状态和衰老而改变？
皮层兴奋性在大脑振荡本身内部发生移动，具有毫秒级的分辨率，这意味着诱发电位的振幅取决于刺激时大脑电波的相位。生理性衰老不会改变皮层对经颅磁刺激（TMS）的反应，但阿尔茨海默病等病理状态会产生明显不同的电位，这表明 CEP 对病理性皮层功能障碍敏感，但对正常的年龄相关变化不敏感。
刺激语言区揭示了关于皮层连接性的什么信息？
直接刺激前部语言区会在后部语言区和基底颞叶区产生诱发电位，而刺激后部语言区会在前部语言区产生反应。这种双向模式表明 Broca 区和 Wernicke 区之间存在前馈和反馈投射，揭示了比经典模型所提出的更广泛的网络化架构。
什么是皮层-皮层诱发电位，它们是如何使用的？
皮层-皮层诱发电位是通过向一个皮层区域传递微小的电脉冲，并使用放置在大脑表面的硬脑膜下电极网格测量相邻皮层部位的反应来记录的。这种设置消除了外周混杂因素，使科学家能够绘制连接不同皮层区域的解剖通路。
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克里斯蒂安·布尔戈斯
