Введение

Электрический потенциал, вызванный в нервной системе – это электрический потенциал, зарегистрированный из определенной части нервной системы, особенно мозга, у человека или других животных, в ответ на предъявление стимула, такого как световая вспышка или чистый тон, и имеющий специфическую форму. Различные типы потенциалов возникают в ответ на стимулы различной модальности и типа. Вызванный потенциал отличается от спонтанных потенциалов, регистрируемых с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ), электромиографии (ЭМГ) или других электрофизиологических методов. Такие потенциалы полезны для электродиагностики и мониторинга, включая выявление заболеваний и сенсорных нарушений, связанных с приемом лекарств, а также для внутриоперационного контроля целостности сенсорных путей. Амплитуды вызванных потенциалов обычно невелики, варьируются от менее чем микровольта до нескольких микровольт, в то время как для ЭЭГ они составляют десятки микровольт, для ЭМГ – милливольты, а для ЭКГ часто приближаются к 20 милливольтам. Для выделения этих потенциалов малой амплитуды на фоне продолжающихся ЭЭГ, ЭКГ, ЭМГ и других биологических сигналов, а также окружающего шума, обычно требуется усреднение сигнала. Сигнал синхронизирован с моментом стимуляции, а большая часть шума носит случайный характер, что позволяет усреднить шум вместе с усреднением повторяющихся ответов. Сигналы могут быть зарегистрированы из коры головного мозга, ствола мозга, спинного мозга, периферических нервов и мышц. Как правило, термин «вызванный потенциал» используется для ответов, связанных либо с регистрацией, либо со стимуляцией структур центральной нервной системы. Таким образом, вызванные сложные двигательные потенциалы действия (CMAP) или потенциалы действия сенсорных нервов (SNAP), используемые в исследованиях нервной проводимости (NCS), обычно не рассматриваются как вызванные потенциалы, хотя они и соответствуют вышеуказанному определению. Вызванный потенциал отличается от потенциала, связанного с событием (ERP), хотя эти термины иногда используются как синонимы, поскольку ERP имеет большую латентность и связан с более сложной когнитивной обработкой. Вызванные потенциалы классифицируются в основном по типу стимула: соматосенсорные, слуховые, зрительные. Однако их также можно классифицировать по частоте стимула, латентности волны, происхождению потенциала, локализации и производным.

Потенциал вызываемый в стационарном состоянии

Возбужденный потенциал – это электрический ответ мозга на сенсорный стимул. Риган сконструировал аналоговый анализатор ряда Фурье для записи гармоник вызванного потенциала мерцающего (синусоидально модулируемого) света. Вместо интегрирования синусоидальных и косинусоидальных произведений, Риган подавал сигналы на двухканальный регистратор через фильтры нижних частот. Хотя это определение подразумевает серию идентичных временных волновых форм, более полезно определить SSEP с точки зрения частотных компонентов, представляющих собой альтернативное описание волновой формы во временной области, поскольку различные частотные компоненты могут обладать совершенно разными свойствами. Например, свойства высокочастотного мерцающего SSEP (пиковая амплитуда которого близка к 40–50 Гц) соответствуют свойствам впоследствии обнаруженных магноцеллюлярных нейронов в сетчатке макаки-резуса, в то время как свойства среднечастотного мерцающего SSEP (пиковая амплитуда которого близка к 15–20 Гц) соответствуют свойствам парвоцеллюлярных нейронов. Поскольку SSEP может быть полностью описан в терминах амплитуды и фазы каждой частотной компоненты, его можно количественно оценить более однозначно, чем усредненный переходный вызванный потенциал. Иногда утверждается, что SSEP вызываются только стимулами с высокой частотой повторения, но это не всегда верно. В принципе, синусоидально модулированный стимул может вызывать SSEP даже при низкой частоте повторения. Из-за спада высоких частот в SSEP, высокочастотная стимуляция может создавать почти синусоидальную форму волны SSEP, но это не относится к определению SSEP. Используя zoom FFT для записи SSEP при теоретическом пределе спектрального разрешения ΔF (где ΔF в Гц является величиной, обратной длительности записи в секундах), Риган и Риган обнаружили, что изменчивость амплитуды и фазы SSEP может быть достаточно мала, чтобы полоса пропускания составных частотных компонентов SSEP могла находиться на теоретическом пределе спектрального разрешения в течение как минимум 500 секунд записи (0,002 Гц в данном случае). Репетитивная сенсорная стимуляция вызывает устойчивый стационарный магнитный отклик мозга, который можно анализировать так же, как и SSEP. Различные участки стимуляции или различные стимулы могут быть помечены немного отличающимися частотами, которые практически неразличимы для мозга, но легко разделяются анализаторами ряда Фурье. Стимулы различных сенсорных модальностей также могут быть помечены. Например, визуальный стимул мерцал с частотой Fv Гц, а одновременно представленный слуховой тон был модулирован по амплитуде с частотой Fa Гц. Обнаружение компоненты (2Fv + 2Fa) в вызванном магнитном отклике мозга продемонстрировало область аудиовизуальной конвергенции в мозге человека, а распределение этого отклика по голове позволило локализовать эту область мозга. В последнее время частотная маркировка была расширена от исследований сенсорной обработки к исследованиям избирательного внимания и сознания.

Техника "прометывания"

Метод "прочистки" представляет собой гибридную технику частотной и временной областей. График, например, амплитуды ответа в зависимости от размера контрольного элемента стимульной шахматной сетки, можно получить за 10 секунд, что значительно быстрее, чем при использовании усреднения во временной области для записи вызванного потенциала для каждого из нескольких размеров контрольного элемента. Одиночного "прохода" может быть достаточно, либо может потребоваться усреднить графики, полученные в ходе нескольких "проходов", с использованием усреднителя, запускаемого циклом "прохода". Усреднение 16 "проходов" может улучшить отношение сигнал/шум на графике в четыре раза, а также полезно при записи с младенцев, когда длительность записи неизбежно ограничена. Норсия и Тайлер использовали эту технику для документирования развития остроты зрения и чувствительности к контрасту в первые годы жизни. Они подчеркивали, что при диагностике нарушений развития зрения, чем точнее нормы развития, тем четче можно отличить патологическое от нормального, и в этой связи задокументировали нормальное развитие зрения в большой группе младенцев. Примеры включают слуховые вызванные потенциалы (вызываемые щелчком или тональным стимулом, подаваемым через наушники), тактильные или соматосенсорные вызванные потенциалы (SSEP), вызываемые тактильной или электрической стимуляцией сенсорного или смешанного нерва в периферии. Сенсорные вызванные потенциалы широко используются в клинической диагностической медицине с 1970-х годов, а также в интраоперационном нейрофизиологическом мониторинге (IONM), также известном как хирургическая нейрофизиология. В широкой клинической практике используются три вида вызванных потенциалов: слуховые вызванные потенциалы, обычно регистрируемые с кожи головы, но возникающие на уровне ствола мозга; зрительные вызванные потенциалы и соматосенсорные вызванные потенциалы, которые вызываются электрической стимуляцией периферического нерва. Например, они были первыми исследователями, сообщившими об аномальных стволовых слуховых вызванных потенциалах (BAEP) у женщины, злоупотреблявшей алкоголем, которая выздоровела от приобретенного центрального гиповентиляционного синдрома. Эти исследователи предположили, что ствол мозга их пациентки был отравлен, но не разрушен, ее хроническим алкоголизмом.

Стимулы VEP

Диффузный световой вспышечный стимул сейчас используется редко из-за высокой изменчивости показателей как внутри выборки, так и между разными испытуемыми. Однако этот тип стимула полезен при тестировании младенцев, животных или людей с низкой остротой зрения. Шашечный узор и полосатые решетки используют светлые и темные квадраты и полосы соответственно. Эти квадраты и полосы имеют одинаковый размер и демонстрируются поочередно на экране компьютера.

Размещение электродов VEP

Размещение электродов чрезвычайно важно для получения четкого VEP-ответа, свободного от артефактов. В типичной (одноканальной) схеме один электрод располагается на 2,5 см выше затылочного бугра, а референтный электрод – в точке Fz. Для получения более детальной информации можно разместить два дополнительных электрода на 2,5 см справа и слева от точки Oz.

Волны VEP

Номенклатура VEP определяется использованием заглавных букв, обозначающих, является ли пик положительным (P) или отрицательным (N), за которыми следует число, указывающее среднюю латентность пика для данной волны. Например, P100 – это волна с положительным пиком примерно через 100 мс после начала стимуляции. Средняя амплитуда волн VEP обычно находится в диапазоне от 5 до 20 микровольт. Нормальные значения зависят от используемого оборудования для стимуляции (вспышечный стимулятор, электронно-лучевая трубка или жидкокристаллический дисплей, размер шахматного поля и т.д.).

Слуховой вызванный потенциал

Аудиторно вызванные потенциалы (AEP) могут использоваться для прослеживания сигнала, генерируемого звуком по восходящему слуховому пути. Возбужденный потенциал генерируется в улитке, проходит через слуховой нерв, слуховое ядро, верхний оливарийный комплекс, латеральный лемниск, к нижнему бугорку среднего мозга, затем к медиальному коленчатому телу и, наконец, в кору головного мозга. Слуховые вызванные потенциалы (AEP) являются подклассом событийных потенциалов (ERP). ERP – это мозговые реакции, синхронизированные во времени с определенным "событием", таким как сенсорный стимул, ментальное событие (например, распознавание целевого стимула) или отсутствие стимула. Для AEP "событием" является звук. AEP (и ERP) – это очень слабые электрические потенциалы, возникающие в мозге и регистрируемые с кожи головы в ответ на слуховой стимул, например, различные тоны, звуки речи и т.д. Слуховые вызванные потенциалы ствола мозга – это небольшие AEP, которые регистрируются в ответ на слуховой стимул с помощью электродов, расположенных на коже головы. AEP используются для оценки функционирования слуховой системы и нейропластичности. Они могут применяться для диагностики нарушений обучаемости у детей, способствуя разработке индивидуальных образовательных программ для лиц с проблемами слуха и/или когнитивными нарушениями.

Соматосенсорный вызванный потенциал

Соматосенсорные вызванные потенциалы (SSEP) – это ЭП, регистрируемые из головного мозга или спинного мозга при повторной стимуляции периферического нерва. SSEP используются в нейромониторинге для оценки функции спинного мозга пациента во время хирургического вмешательства. Они регистрируются путем стимуляции периферических нервов, наиболее часто – большеберцового нерва, срединного нерва или локтевого нерва, как правило, с помощью электрического стимула. Ответ затем регистрируется с кожи головы пациента. Хотя для регистрации SSEP могут использоваться такие стимулы, как прикосновение, вибрация и боль, электрические стимулы наиболее распространены благодаря своей простоте и надежности. Поскольку SSEP с латентностью менее 50 мс относительно не зависят от сознания, их применение на ранних стадиях у пациентов в коме может надежно и эффективно прогнозировать исход. Например, у пациентов в коме, у которых отсутствует ответ при двусторонней стимуляции, вероятность невыхода из комы составляет 95%. Однако при анализе результатов следует проявлять осторожность. Например, повышенная седация и другие повреждения центральной нервной системы, такие как повреждение спинного мозга, могут повлиять на SSEP.

Моторные потенциалы

Моторно-эвоцированные потенциалы (МЭП) регистрируются в мышцах после прямой стимуляции открытой моторной коры или транскраниальной стимуляции моторной коры, магнитной или электрической. Транскраниальная магнитная МЭП (TCmMEP) обладает потенциалом для клинической диагностики. Транскраниальная электрическая МЭП (TCeMEP) широко используется на протяжении нескольких лет для внутриоперационного мониторинга функциональной целостности пирамидного тракта. В 1990-х годах предпринимались попытки мониторинга "моторно-эвоцированных потенциалов", включая "нейрогенные моторно-эвоцированные потенциалы", регистрируемые с периферических нервов после прямой электрической стимуляции спинного мозга. Однако стало ясно, что эти "двигательные" потенциалы вызывались почти исключительно антидромической стимуляцией сенсорных трактов – даже при регистрации с мышц (антидромическая стимуляция сенсорных трактов вызывает миогенные реакции через синапсы на уровне корешкового входа). TCMEP, будь то электрическая или магнитная, является наиболее практичным способом получения чисто двигательных ответов, поскольку стимуляция сенсорной коры не может вызвать нисходящие импульсы за пределы первого синапса (синапсы не способны к обратному распространению импульсов). МЭП, индуцированные ТМС, использовались во многих экспериментах в когнитивной нейронауке. Поскольку амплитуда МЭП коррелирует с двигательной возбудимостью, они предоставляют количественный метод для оценки роли различных видов воздействия на двигательную систему (фармакологического, поведенческого, при повреждениях и т.д.). Таким образом, МЭП, индуцированные ТМС, могут служить показателем скрытой двигательной подготовки или облегчения, например, индуцированного системой зеркальных нейронов при наблюдении за действиями другого человека. Кроме того, МЭП используются в качестве ориентира для настройки интенсивности стимуляции, необходимой при ТМС-терапии, при воздействии на кору, ответ которой может быть трудно измерить, например, в контексте ТМС-терапии.

Внутриоперационный мониторинг

Соматосенсорные вызванные потенциалы обеспечивают мониторинг задних столбов спинного мозга. Сенсорные вызванные потенциалы также могут использоваться во время операций, подвергающих риску структуры головного мозга. Они эффективно применяются для определения ишемии коры головного мозга во время каротидной эндоартеректомии и для картирования сенсорных зон мозга во время операций на мозге. Электрическая стимуляция кожи головы может создавать электрический ток в мозге, активирующий двигательные пути пирамидных трактов. Эта методика известна как мониторинг транскраниального электрического двигательного потенциала (TcMEP). Она эффективно оценивает двигательные пути центральной нервной системы во время операций, подвергающих эти структуры риску. Эти двигательные пути, включая латеральный кортикоспинальный тракт, расположены в латеральных и вентральных пучках спинного мозга. Поскольку передний и задний спинной мозг имеют раздельное кровоснабжение с очень ограниченным коллатеральным кровотоком, синдром передней части спинного мозга (паралич или парез с некоторой сохранностью чувствительности) является возможным хирургическим осложнением, поэтому важно осуществлять мониторинг, специфичный для двигательных путей, наряду с мониторингом задних столбов. Транскраниальная магнитная стимуляция по сравнению с электрической стимуляцией обычно считается непригодной для интраоперационного мониторинга из-за её большей чувствительности к анестезии. Электрическая стимуляция слишком болезненна для клинического применения у пациентов, находящихся в сознании. Таким образом, эти две методики являются взаимодополняющими: электрическая стимуляция предпочтительна для интраоперационного мониторинга, а магнитная – для клинических целей.