Кіріспе
Жүйке жүйесінде шақырылған электр потенциалы – адамның немесе басқа жануарлардың жүйке жүйесінің, әсіресе мидың, белгілі бір бөлігінен, жарық шоғы немесе таза тон сияқты тітіркендіргіштің берілуінен кейін, нақты үлгіде тіркелген электр потенциалы. Әртүрлі типтегі потенциалдар, әртүрлі модальды және типтегі тітіркендіргіштерден туындайды. Шақырылған потенциал, электроэнцефалография (ЭЭГ), электромиография (ЭМГ) немесе басқа электрофизиологиялық жазу әдісімен анықталатын спонтандық потенциалдардан өзгеше. Мұндай потенциалдар, ауруды және дәрі-дәрмектерге байланысты сезімталдық бұзылыстарын анықтауды қамтитын электродиагностика және мониторинг үшін пайдалы, сондай-ақ сенсорлық жолдың тұтастығын операция кезінде бақылауға мүмкіндік береді. Шақырылған потенциалдың амплитудасы салыстырмалы түрде төмен, бір микровольттан бірнеше микровольтқа дейін, ЭЭГ үшін ондаған микровольт, ЭМГ үшін милливольт, ал көбінесе ЭКГ үшін 20 милливольтқа жуық. Осы төмен амплитудалық потенциалдарды ЭЭГ, ЭКГ, ЭМГ және басқа да биологиялық сигналдар мен қоршаған шудың фонында анықтау үшін, әдетте сигналды орташалау қажет. Сигнал тітіркендіргішке уақыт бойынша байланыстырылады және шудың көп бөлігі кездейсоқ пайда болады, бұл шуды қайталап алынған жауаптарды орташалау арқылы жоюға мүмкіндік береді. Сигналдар ми қабығынан, ми сабасынан, жұлыннан, шеткі жүйкелерден және бұлшық еттерден тіркелуі мүмкін. Әдетте, "шақырылған потенциал" термині орталық жүйке жүйесінің құрылымдарынан жазуды немесе оларды тітіркендіруді қамтитын жауаптар үшін қолданылады. Осылайша, жүйке өткізгіштік зерттеулерінде (ЖӨЗ) қолданылатын шақырылған құрама моторлық әрекет потенциалдары (CMAP) немесе сезімтал жүйке әрекет потенциалдары (SNAP), жоғарыда келтірілген анықтамаға сай болғанымен, әдетте шақырылған потенциалдар деп есептелмейді. Шақырылған потенциал, оқиғаға байланысты потенциалдан (ERP) өзгеше, бірақ бұл терминдер кейде синоним ретінде қолданылады, себебі ERP жоғары латенттілікке ие және жоғары когнитивтік өңдеумен байланысты. Шақырылған потенциалдар негізінен тітіркендіргіштің түріне қарай жіктеледі: соматосенсорлық, естімелік, көрулік. Бірақ оларды стимул жиілігі, толқын латенттілігі, потенциалдың басталуы, орналасуы және туындысы бойынша да жіктеуге болады.
An evoked potential or evoked response is an electrical potential in a specific pattern recorded from a specific part of the nervous system, especially the brain, of a human or other animals following presentation of a stimulus such as a light flash or a pure tone. Different types of potentials result from stimuli of different modalities and types. Evoked potential is distinct from spontaneous potentials as detected by electroencephalography (EEG), electromyography (EMG), or other electrophysiologic recording method. Such potentials are useful for electrodiagnosis and monitoring that include detections of disease and drug related sensory dysfunction and intraoperative monitoring of sensory pathway integrity. Evoked potential amplitudes tend to be low, ranging from less than a microvolt to several microvolts, compared to tens of microvolts for EEG, millivolts for EMG, and often close to 20 millivolts for ECG. To resolve these low amplitude potentials against the background of ongoing EEG, ECG, EMG, and other biological signals and ambient noise, signal averaging is usually required. The signal is time locked to the stimulus and most of the noise occurs randomly, allowing the noise to be averaged out with averaging of repeated responses. Signals can be recorded from cerebral cortex, brain stem, spinal cord, peripheral nerves and muscles. Usually the term "evoked potential" is reserved for responses involving either recording from, or stimulation of, central nervous system structures. Thus evoked compound motor action potentials (CMAP) or sensory nerve action potentials (SNAP) as used in nerve conduction studies (NCS) are generally not thought of as evoked potentials, though they do meet the above definition. Evoked potential is different from event related potential (ERP), although the terms are sometimes used synonymously, because ERP has higher latency, and is associated with higher cognitive processing. Evoked potentials are mainly classified by the type of stimulus: somatosensory, auditory, visual. But they could also be classified according to stimulus frequency, wave latencies, potential origin, location, and derivation.
Тұрақты күйдегі шақырылған потенциал
Шақырылған потенциал – мидың сезімдік тітіркендіргішке жауап ретіндегі электрлік реакциясы. Риган жыпылықтайтын (синусоидальды модуляцияланған) жарықтың шақырылған потенциалының гармоникаларын тіркеу үшін аналогты Фурье қатарлық анализаторын құрастырды. Синус және косинус көбейтінділерін интегралдаудың орнына, Риган сигналдарды төмен өткізгіш сүзгілер арқылы екі қаламды тіркейтін құрылғыға жіберді. Бұл анықтама бірдей уақытша толқын формаларының қатарын білдіргенімен, SSEP-ті уақыт доменіндегі толқын формасының баламалы сипаттамасы болып табылатын жиілік компоненттері тұрғысынан анықтау тиімді, себебі әртүрлі жиілік компоненттерінің қасиеттері мүлдем әртүрлі болуы мүмкін. Мысалы, жоғары жиілікті жыпылықтау SSEP-нің (оның ең жоғары амплитудасы 40–50 Гц шамасында) қасиеттері макак маймылының тор қабатында кейіннен анықталған магноцеллюлярлық нейрондардың қасиеттеріне сәйкес келеді, ал орташа жиілікті жыпылықтау SSEP-нің (амплитудасы 15–20 Гц шамасында) қасиеттері парвоцеллюлярлық нейрондардың қасиеттеріне сәйкес келеді. SSEP әр жиілік компонентінің амплитудасы және фазасы арқылы толық сипатталатындықтан, оны орташаланған уақытша шақырылған потенциалдан анықтап өлшеуге болады. Кейде SSEP тек жоғары қайталану жиілігіндегі тітіркендіргіштермен шақырылады делінеді, бірақ бұл көбінесе дұрыс емес. Принцип бойынша, синусоидальды модуляцияланған тітіркендіргіш оның қайталану жиілігі төмен болғанда да SSEP-ті шақыруы мүмкін. SSEP-тің жоғары жиілікті сөндіруінің салдарынан жоғары жиілікті тітіркендіруге жақын синусоидальды SSEP толқын формасы туындауы мүмкін, бірақ бұл SSEP анықтамасы үшін маңызды емес. Зум FFT-ті пайдаланып, спектрлік ажыратымдылықтың теориялық шегінде ΔF (мұнда ΔF Гц-те жазу ұзақтығының секундтағы кері шамасы) SSEP-ті тіркеу үшін Риган мен Риган SSEP-тің амплитудасы мен фазалық өзгергіштігінің жеткілікті түрде кішкентай болатынын анықтады, SSEP құраушы жиілік компоненттерінің ені кем дегенде 500 секундтық жазу ұзақтығына дейін спектрлік ажыратымдылықтың теориялық шегінде болуы мүмкін (осы жағдайда 0,002 Гц). Қайталанатын сезімдік тітіркендіру тұрақты күйдегі магниттік ми жауабын тудырады, оны SSEP сияқты талдауға болады. Әртүрлі тітіркендіру орындары немесе әртүрлі тітіркендіргіштер мимен дерлік бірдей, бірақ Фурье қатарлық анализаторларымен оңай бөлінетін сәл әртүрлі жиіліктермен белгіленуі мүмкін. Әртүрлі сезімдік модальдылықтағы тітіркендіргіштерді де белгілеуге болады. Мысалы, визуалды тітіркендіргіш Fv Гц жиілігінде жыпылықтап, бір мезгілде ұсынылған естімелік тон Fa Гц жиілігінде амплитудалық модуляцияланды. Мидың магниттік жауабында (2Fv + 2Fa) компонентінің болуы адам миындағы аудиовизуалды конвергенция аймағын көрсетті, ал бұл жауаптың басқа бөліктері бойынша таралуы бұл ми аймағын анықтауға мүмкіндік берді. Соңғы кезде жиілік белгілері сезімдік өңдеуді зерттеуден таңдамалы назар және сананы зерттеуге дейін кеңейтілді.
"Қосу" әдісі
Свейп техникасы – жиілік домені/уақыт домені техникасының гибриді. Мысалы, стимул ретінде қолданылатын шахматтық үлгінің тексеру өлшемдеріне қарсы жауап амплитудасының графигін 10 секунд ішінде алуға болады, бұл бірнеше тексеру өлшемдері үшін уақыт доменінде орташалау арқылы шақырылған потенциалды жазуға қарағанда әлдеқайда жылдам. Бір рет сүру жеткілікті болуы мүмкін, немесе сүру циклымен іске қосылатын орташалау құрылғысы арқылы бірнеше сүруден алынған графиктерді орташалау қажет болуы мүмкін. 16 сүрудің орташа көрсеткіші графиктің сигнал-шу қатынасын төрт есеге жақсартады, сондай-ақ нәрестелерден жазу үшін де тиімді, себебі жазу ұзақтығы қажетті түрде қысқа болады. Норсия мен Тайлер осы техниканы балалар өмірінің алғашқы жылдарында көру қабілеті мен контраст сезімталдығының дамуын зерттеу үшін пайдаланды. Олар ерекшеліктерді диагностикалау кезінде даму нормалары неғұрлым дәл болса, ерекшеліктерді қалыпты жағдайдан соншалықты анық ажыратуға болатынын атап өтті және осы мақсатта үлкен топтағы нәрестелердің қалыпты көру дамуын құжаттады. (құлаққаптар арқылы берілетін дыбыстық немесе шерту стимулы арқылы естілу потенциалдарын шақыру), немесе перифериядағы сезімдік немесе аралас жүйкелерді тактильді немесе электрлік түрде ынталандыру арқылы туындайтын тактильді немесе соматосенсорлық шақырылған потенциал (SSEP). Сенсорлық шақырылған потенциалдар 1970 жылдан бері клиникалық диагностикалық медицинада кеңінен қолданылады, сондай-ақ хирургиялық нейрофизиология мониторингі (IONM) ретінде, яғни хирургиялық нейрофизиологияда да қолданылады. Клиникалық тәжірибеде кеңінен қолданылатын шақырылған потенциалдардың үш түрі бар: естілу шақырылған потенциалдары, әдетте бас терісінен тіркеледі, бірақ ми сабақ деңгейінде пайда болады; көру шақырылған потенциалдары және перифериялық жүйкелерді электрлік түрде ынталандыру арқылы туындайтын соматосенсорлық шақырылған потенциалдар. SEP-тің қолданылу мысалдары: алғашқы зерттеушілер алкогольге тәуелді әйелдегі аномальді ми сабағының естілу шақырылған потенциалдарын (BAEP) анықтады, ол сатып алынған орталық гиповентиляция синдромынан жазылған. Бұл зерттеушілер пациенттің ми сабағының созылмалы алкоголизмнен уланғанын, бірақ жойылмағанын болжады.
VEP ынталандырулары
Диффузиялық жарық импульсі қазіргі кезде субъектілер ішіндегі және олар арасындағы жоғары өзгергіштікке байланысты сирек қолданылады. Дегенмен, нәрестелерді, жануарларды немесе көру қабілеті нашар адамдарды тексеру кезінде осы типтегі импульсті пайдалану тиімді. Шахматтағы тор және жолақты үлгілер сәйкесінше ақ және қара түсті шаршылар мен жолақтардан тұрады. Бұл шаршылар мен жолақтар бірдей өлшемде болады және компьютер экраны арқылы бірінен кейін бірі көрсетіледі.
VEP электродының орналасуы
Электродтарды орналастыру артефакттарсыз жақсы VEP жауабын алу үшін өте маңызды. Стандартты (бір каналды) жүйеде бір электрод ионнан 2,5 см жоғары, ал эталондық электрод Fz-ге орналастырылады. Егжей-тегжейлі жауап алу үшін екі қосымша электродты Oz-дың оң және сол жағына 2,5 см қашықтыққа орналастыруға болады.
VEP толқындары
VEP номенклатурасы үлкен әріптермен белгіленеді, олар шыңының оң (P) немесе теріс (N) екенін көрсетеді, одан кейін осы толқынның орташа шыңының кешігу уақытын көрсететін сан жазылады. Мысалы, P100 – стимул басталғаннан кейін шамамен 100 мс-де оң шыңы бар толқын. VEP толқындарының орташа амплитудасы әдетте 5-тен 20 микровольтқа дейін құрайды. Нормативтік мәндер қолданылатын стимуляциялық жабдықтың түріне (жарық стимулы, катодты сәулелі түтік немесе сұйық кристалды дисплей, шахмат тақтасының мөлшері және т.б.) байланысты өзгереді.
Аудиторлық шақырылған әлеует
Аудиторлық шақырылған потенциалдар (AEP) жоғарылатын есту жолы арқылы дыбыс тудырған сигналды анықтау үшін қолданылады. Шақырылған потенциал кохлеада пайда болады, кохлеарлық нерв арқылы, кохлеарлық ядро арқылы, жоғарғы оливарий кешені, бүйірлік лемниск, мидың төменгі төлқыншасы, медиалдық тізелік дене және соңында ми қабығына жетеді. Аудиторлық шақырылған потенциалдар (AEP) – оқиғаға байланысты потенциалдардың (ERP) кіші тобы болып табылады. ERP – мидың белгілі бір "оқиғаларға" уақыт бойынша байланысты жауаптары, мысалы, сезімдік стимул, ой процесі (мақсатты стимулды тану сияқты) немесе стимулдың жоқтығы. AEP үшін "оқиға" – дыбыс. AEP (және ERP) – түрлі тондар, сөйлеу дыбыстары сияқты есту стимулына жауап ретінде бас терісінен тіркелетін мидан туындайтын өте кішкентай электрлік кернеу потенциалдары. Ми сабағының аудиторлық шақырылған потенциалдары – бас терісіне орналастырылған электродтардан алынған есту стимулына жауап ретінде тіркелетін шағын AEP. AEP есту жүйесінің жұмысын және нейропластикалық қабілетін бағалауға қызмет етеді. Оларды балалардың оқудағы қиындықтарын диагностикалау үшін қолдануға болады, бұл есту және/немесе танымдық проблемалары бар балаларға арналған жеке білім беру бағдарламаларын жасауға көмектеседі.
Соматосенсорлық шақырылған әлеует
Соматосенсорлық шақырылған потенциалдар (SSEP) – перифериялық нервтерді қайталап стимуляциялау кезінде мидан немесе жұлыннан тіркелетін ЭП. SSEP хирургия кезінде пациенттің жұлын функциясын бағалау үшін нейромониторингте қолданылады. Олар шеткі нервтерді, көбінесе тібік, ортаңғы немесе шығанақ нервтерін, әдетте электрлік стимуляция арқылы стимуляциялайды. Жауап пациенттің бас терісінен тіркеледі. SSEP үшін тиісті әсерлер, діріл және ауырсыну сияқты стимулдар қолданылуы мүмкін болса да, электрлік стимуляция оңайлығы мен сенімділігіне байланысты көбірек қолданылады. 50 мс-тен кем кешігуі бар SSEP санадан салыстырмалы түрде тәуелсіз болғандықтан, комадағы пациенттерде ерте қолданғанда, оның нәтижесін сенімді және тиімді болжауға болады. Мысалы, екі жақты жауап бермейтін комадағы пациенттерде комадан жазылу мүмкіндігі 95% төмен. Бірақ нәтижелерді талдау кезінде сақтық тану керек. Мысалы, седацияның күшеюі және жұлын сияқты басқа да ОЖЖ зақымдары SSEP-ге әсер етуі мүмкін.
Қозғалтқыштың шақырылған потенциалдары
Моторлық шақырылған потенциалдар (MEP) тікелей моторлық қабықты стимуляциялау арқылы немесе моторлық қабықтың транскраниалды стимуляциясы (магниттік немесе электрлік) арқылы бұлшықеттерден тіркеледі. Транскраниалды магниттік MEP (TCmMEP) клиникалық диагностикада қолданылу мүмкіндігін ұсынады. Транскраниалды электрлік MEP (TCeMEP) пирамидалық жолдың функционалдық толықтығын операция кезінде бақылау үшін бірнеше жылдан бері кеңінен қолданылып келеді. 1990 жылдары, жұлынды тікелей электрлік стимуляциялау арқылы шеткі жүйкелерден тіркелген "нейрогендік моторлық шақырылған потенциалдарды" қоса, "моторлық шақырылған потенциалдарды" бақылауға әрекеттер жасалды. Бұл "моторлық" потенциалдардың көбінесе сезімдік жолдардың антидромикалық стимуляциясымен шақырылатыны анық болды – тіпті тіркеу бұлшықеттерден жасалған жағдайда да (антидромикалық сезімдік жолдардың стимуляциясы тамыр кіреберіс деңгейіндегі синапстар арқылы миогендік жауаптарды тудырады). Электрлік немесе магниттік TCMEP таза моторлық жауаптарды қамтамасыз етудің ең тиімді жолы болып табылады, себебі сезімдік қабықты стимуляциялау бірінші синапстан асып түсетін импульстарға әкелмейді (синапстарды кері қайтару мүмкін емес). ТМС-пен шақырылған MEP-тер когнитивтік нейробиология саласында көптеген тәжірибелерде қолданылған. MEP амплитудасы моторлық қозғыштықпен байланысты болғандықтан, олар моторлық жүйеге әртүрлі араласулардың (фармакологиялық, мінез-құлықтық, зақымдану және т.б.) рөлін сандық түрде бағалауға мүмкіндік береді. Сондықтан ТМС-пен шақырылған MEP-тер жасырын моторлық дайындық немесе жеңілдетудің көрсеткіші ретінде қызмет ете алады, мысалы, айналысқан нейрондар жүйесі басқа біреудің қимылын көрген кезде. Сонымен қатар, MEP-тер TMS негізделген терапия контекстінде, жауабы оңай өлшенбейтін кортикальді аймақтарды нысанаға алғанда, TMS арқылы жеткізілуі тиіс стимуляцияның қарқындылығын реттеу үшін эталон ретінде қолданылады.
Операция ішіндегі бақылау
Соматосенсорлық потенциалдар арқа сүйек миының арқалық бағаналарын бақылауға мүмкіндік береді. Сенсорлық шақырылған потенциалдар ми құрылымдарына қауіп төндіретін операциялар кезінде де қолданылуы мүмкін. Олар каротид эндартеректомиясы кезінде кортикальдық ишемияны анықтау және мидың сенсорлық аймақтарын карталау үшін тиімді пайдаланылады. Бас терісін электрлік түрде стимуляциялау ми ішінде электр тогын тудырады, ол пирамидалық жолдардың қозғалыс жолдарын белсендіреді. Бұл техника транскраниалды электрлік қозғалтқыштық потенциал (TcMEP) мониторингі деп аталады. Бұл техника орталық нерв жүйесіндегі қозғалыс жолдарын, осы құрылымдарға қауіп төндіретін операциялар кезінде тиімді бағалайды. Бұл қозғалыс жолдары, соның ішінде бүйірлік кортикоспинальдық жол, арқа сүйек миының бүйірлік және жаңғақты фуникулаларында орналасқан. Арқа және алдыңғы арқа сүйек миының қанмен қамтамасыз етілуі бөлек, ал қос ағыны өте шектеулі болғандықтан, алдыңғы ми синдромы (кейбір сезім функциясы сақталған паралич немесе парез) хирургиялық араласудың ықтимал салдары болуы мүмкін, сондықтан қозғалыс жолдарына, сондай-ақ арқалық бағанаға арналған мониторинг маңызды. Транскраниалды магниттік стимуляция мен электрлік стимуляция операция кезінде мониторинг үшін көбінесе қолайсыз деп есептеледі, өйткені ол анестезияға сезімтал. Электрлік стимуляция ояу науқастарда клиникалық қолдану үшін тым ауыртпалықты. Осылайша, екі әдіс бір-бірін толықтырады, операция кезінде мониторинг үшін электрлік стимуляция, ал клиникалық қолдану үшін магниттік стимуляция қолданылады.