视觉诱发电位 (VEPs)

什么是视觉诱发电位 (VEP)？

视觉诱发电位是指人在看到特定刺激后，由视觉系统产生的电反应。这种反应是通过放置在头皮上的电极记录下来的，这些电极通常位于靠近视觉皮层的枕叶区域。

与标准的视力检测不同，该测试评估的是视觉信息如何通过从眼睛到大脑的通路进行传递。它属于无创检测，不需要对眼睛进行注射或电刺激。

VEP 测试是如何工作的？

在测试期间，受试者注视一个视觉目标，同时传感器检测电活动的微小变化。由于每个单独的信号都非常微弱，很容易被背景脑电活动所掩盖，因此计算机需要对重复刺激的反应进行平均处理。生成的波形会用于评估各种特征，例如潜伏期（反应出现所需的时间）和振幅（反映所记录反应的大小）。

这种记录更像是一种诱发反应，而不是大脑的照片。它提供了有关视觉通路的功能性信息，包括可能难以通过直接检查评估的区域。VEP 记录与更广泛的 EEG 方法相关，因为两者都使用头皮电极来测量电活动，尽管其目的和刺激条件有所不同。

视觉诱发电位测试的类型及 VEP 测试的类型

不同的 VEP 方案使用不同的视觉刺激。选择取决于研究问题、受试者将注意力集中在目标上的能力以及检查期间可用的视觉输入质量。

常见的方法包括基于模式的测试（屏幕上的结构化图像发生变化）和闪光测试（短暂的光闪烁刺激视觉系统）。

这些类别在所有环境下并不能等同替代。在视力和注意力允许的情况下，基于模式的记录可以提供更结构化的测量；而在这些条件受限时，闪光测试可能会很有用。因此，当临床医生对比不同结果时，测试方案和参考标准至关重要。

用于获取清晰信号的 EEG 记录技术

电极放置与创新硬件设置

捕获 VEP 始于电极的放置。标准设置是在后枕部头皮区域放置一组有限的电极，因为该区域的视觉皮层信号最强。然而，许多研究应用使用高密度阵列来捕捉整个头部的拓扑细节。

例如，研究人员设计、构建并专门针对在强 MRI 磁场内记录 VEP 进行了测试一种非磁性 64 通道 EEG 便帽。在此，作者报告称，通道数量的增加使得以足够的空间细节绘制反应图谱成为可能，从而将真实的视觉皮层活动与噪声分离开来。

便携灵活的 EEG 配置

同时，在某些环境下，甚至记录位置本身也变得更加灵活。一种名为耳部脑电 (ear-EEG) 的便携式方法将电极放置在耳道内，而不是整个头皮上。当研究人员 Kidmose 等人将耳部脑电与传统的头皮 EEG 在听觉和视觉诱发反应方面进行对比时，基于耳部的视觉记录所达到的信噪比与在颞叶区域放置电极记录的传统 EEG 相当。

耳部脑电的对比是在一组受试者人群中进行的，而不是在单个个体中，并且它包括了稳态和瞬态视觉方法。稳态反应在信噪比和统计学显著性方面进行了评估，而瞬态反应则通过平均事件相关电位波形进行了检查。

在颞叶区域附近达到传统 EEG 的质量是值得注意的，因为耳道在物理上远离视觉反应最强的枕叶皮层。该结果表明，耳部脑电可以作为在传统实验室脑电帽之外记录 VEP 的一种实用、隐蔽的选择。

伪迹管理与大脑状态敏感性

伪迹去除可以处理外部噪声，但大脑自身的背景状态也会影响 VEP。在传统的记录中，无论每次闪光前那一刻大脑在做什么，视觉刺激都是持续或以固定间隔提供的。

一种平均算法采用了不同的方法，计算了在每次刺激前一秒窗口内，头顶处 theta 和 alpha 频段 EEG 活动的均方根值。这些是在标准 EEG 频段中可见的较慢的节律性脑活动模式。当刺激前活动较强时，刺激被阻止；当其较弱时，则提供刺激。

十二名健康志愿者参与了该研究。与传统的持续刺激相比，这种状态依赖性触发使头顶处的 N1-P2 振幅增加了约 35%，在进行刺激间隔校正后增加了 25% 至 30%。此外，额叶、颞叶和顶叶的记录区域也显示出类似的增长。

该研究还指出，刺激前 EEG 的频率内容影响了生成的 VEP 的形状，这意味着不仅背景活动的整体总量重要，其主导的节律模式对于最终的波形也至关重要。

瞬态与稳态 VEP 记录方法的对比

视觉刺激的呈现方式也塑造了 VEP。该领域主要有两种广泛的方法：瞬态和稳态。

瞬态方法提供一个短暂、离散的刺激，然后在下一个刺激出现之前让大脑恢复到休息状态。上述状态依赖性研究使用的光刺激每次持续一秒。这些闪光不是作为持续的节律呈现的，试验之间的这种间隔防止了一个反应与下一个反应重叠。

在许多试验与刺激启动锁相并进行平均之后，就会出现一个特征波形。该波形包含可识别的峰值，例如 N1 和 P2 成分。当目标是测量对单一视觉事件的离散皮层反应的精确时间和形状时，瞬态 VEP 特别有用。

另一方面，稳态视觉诱发电位 (SSVEP) 使用周期性刺激，而不是孤立的闪光。闪烁或调制的图案产生一种跟随刺激节律的持续大脑反应。

2015 年的一篇关于稳态方法的综述追溯了这种方法的发展历程，从早期对简单调制光的反应进行单通道记录，到如今先进的数字显示器、复杂的视觉刺激和高密度记录阵列。由于反应是持续的，因此稳态记录可以采用与瞬态波形不同的分析方法。它们已被应用于基础视觉科学中以研究感觉和知觉，并继续为对随时间推移而持续进行的视觉处理感兴趣的应用环境提供参考。

在瞬态和稳态方法之间进行选择，取决于研究人员是想捕获单个离散的大脑事件，还是想捕获持续的节律性反应。

如何解读 VEP 波形：潜伏期、振幅和空间图谱

标准的瞬态 VEP 包含几个命名的波峰：

• N1 是在视觉刺激后约 100 毫秒出现的负向偏转。

• P2 是在此后不久出现的正向偏转。

N1-P2 复合体是一起在头顶正中线测得的，它已成为皮层处理的标准标记，因为其大小会对刺激条件和大脑的内部状态做出反应。

此外，该波形的两个特征承载着不同类型的临床信息：

1. 潜伏期是从刺激开始到特定波峰的时间。它反映了视觉信息从视网膜通过视神经和视觉通路传导到皮层的速度。

2. 振幅是电反应的大小或强度。它反映了有多少神经元同时放电，以及这种放电的同步程度。

这两者之间的分离有可能具有诊断意义。在一项针对波罗的海进行性肌阵挛癫痫的研究中，患者显示出显著延迟的 VEP 潜伏期，但振幅正常。作者提出，这种模式指向突触传递受损，而不是神经元的丢失。

如果神经元缺失或受损，预计振幅也会下降。在潜伏期延长的同时保持正常的振幅表明神经元存在，但它们跨突触的化学信号传导减慢了。

作者报告称，这种减慢可能反映了多巴胺能功能障碍，但核心发现是潜伏期和振幅可以作为功能标记物而分离开来。

最后，反应出现在头皮上的位置增加了第三层解读。由于视觉皮层位于大脑后部，因此 VEP 峰值在后部电极上最大。

高密度阵列使这种空间模式更加清晰。例如，在同步 EEG-fMRI 研究中，研究人员在 100 毫秒左右的 VEP 峰值时刻创建了等电位图。等电位图是一种拓扑图，它将头皮上电电压相等的点连接起来，形成类似于天气图的等高线。

这些电压等高线图与 fMRI 上在初级和次级视觉皮层中变得活跃的大脑区域吻合得很好。这种一致性表明，头皮记录的 VEP 捕获的并不是通用的大脑反应。它忠实地反映了视觉皮层区域活动的空间模式。

视觉诱发电位测试的未来

未来的发展可能会集中在提高标准化、信号质量以及对具有不同视觉和交流能力的人进行测试的能力上。更一致的方案和精心构建的参考数据库可能会使不同中心之间的结果更容易对比。记录硬件的进步也可能支持在传统实验室环境之外实现更快的设置和更可靠的测量。

研究可能会进一步检查 VEP 测量与结构成像、视网膜评估以及其他形式的神经科学之间的关系。将互补的测量结合起来可以澄清信号变化是反映在眼睛、视神经，还是反映在视觉通路更靠后的部分。这种整合可能会改善疾病监测，尽管它仍需要在精心设计的临床研究中进行验证。

计算分析可能有助于波形检测、质量控制和纵向对比。这些工具应被视为辅助解读的手段，而不是独立的诊断权威。VEP 测试未来的价值不仅取决于技术敏感性，还取决于方法的透明度、具有临床意义的参考标准以及对测量局限性的严谨关注。

为什么测量视觉通路计时对大脑科学至关重要

视觉诱发电位提供了一个独特且直接的窗口，用于观察大脑将光线转化为知觉的速度和强度。这里介绍的研究表明，这种单一的电学测量可以揭示神经绝缘、神经元之间的化学传递，还是皮层处理的时间出现了偏差。由于该测试是无创的，并且不需要辐射，因此它成为了一种随时间推移测量视觉系统变化的实用方法。

记录设置日益增长的灵活性（从高密度脑电帽到耳部电极）使得这种评估在不同环境下更加触手可及。保持不变的是其基本价值：一项简单、安全的测试，能够捕获核心感觉通路的功能完整性。

参考文献

1. Bonmassar, G., Anami, K., Ives, J., & Belliveau, J. W. (1999). 视觉电位 (VEP) 通过同步 64 通道 EEG 和 3T fMRI 测量. Neuroreport, 10(9), 1893-1897.

2. Kidmose, P., Looney, D., Ungstrup, M., Rank, M. L., & Mandic, D. P. (2013). 耳部脑电诱发电位研究. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 60(10), 2824-2830. https://doi.org/10.1109/TBME.2013.2264956

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常见问题解答

视觉诱发电位 (VEP) 到底是什么，它们测量什么？

VEP 是在对视觉刺激做出反应时，从视觉皮层上方的头皮记录到的电信号。它们测量视觉通路将信息从视网膜传导到初级视觉皮层的速度和强度，反映了传导速度和皮层处理能力。

VEP 是如何记录的，有哪些不同的电极放置选择？

VEP 是使用与 EEG 相同的表面电极记录的，通常放置在后枕部头皮区域，因为该区域的视觉皮层信号最强。最近的进展包括用于详细空间定位的高密度阵列和便携式耳部脑电 (ear-EEG)（将电极放置在耳道内，可达到与传统头皮记录相当的信号质量）。

瞬态和稳态 VEP 方法有什么区别？

瞬态 VEP 使用短暂、离散的刺激，并在其间设有休息期，允许大脑在各试验之间恢复到基线，这对于测量单个皮层反应的精确时间和形状很有用。稳态 VEP 使用持续的、闪烁的或调制的刺激，产生随刺激频率变化的节律性大脑反应，这对于研究持续的视觉处理很有用。

如何从潜伏期、振幅和空间分布方面解读 VEP 波形？

潜伏期是从刺激开始到波峰的时间，反映了视觉信息沿通路传递的速度，而振幅则反映了共同放电的神经元数量以及放电的同步程度。空间分布增加了第三层，因为 VEP 峰值在后部电极上最大，高密度阵列可以创建绘制头皮电压模式的等电位图，这与 fMRI 上活跃的视觉皮层区域密切对应。

什么是 N1-P2 复合体，它为什么重要？

N1-P2 复合体由视觉刺激后约 100 毫秒出现的负向偏转和随后的正向偏转组成，两者均在头顶正中线处测得。该复合体是皮层处理的标准标记，因为其大小对刺激条件和大脑的内部状态都很敏感，这使其成为测试记录方案是否成功分离出视觉反应的实用评估指标。

为什么 VEP 被认为是评估视觉通路的核心工具？

VEP 提供了对视网膜、视神经和视觉皮层如何以毫秒级的精度处理定时视觉事件的直接、无创观察，且无需辐射暴露或注射。它们对视觉通路功能障碍（从脱髓鞘疾病到突触传递障碍）具有广泛的敏感性，并提供了一种随时间推移追踪功能完整性的实用方法，尤其是在多发性硬化症、视神经炎和进行性肌阵挛癫痫等疾病中。