Evokované potenciály

Z WikiSkript

Evokované potenciály (EP) jsou změny elektrické aktivity mozku, ale i jiných částí nervové soustavy po působení úmyslného podnětu z vnějšího prostředí. Nejedná se tedy o spontánní biosignály vznikající v živých organizmech.

Slouží nám k zhodnocení funkčního stavu příslušné nervové dráhy. Evokované potenciály testují, jak dlouho mozku trvá přijmout a interpretovat zprávy (zrakové, sluchové...). Za normálních okolností jsou reakce mozku téměř okamžité. Při poruše nervového přenosu (např. při roztroušené skleróze) trvá přenos zpráv déle.

Výhodou vyšetření pomocí evokovaných potenciálů je rychlost získání výsledků. Výsledek vyšetření je viditelný již v jeho průběhu na monitoru. Další výhodou je, že se jedná o neinvazivní vyšetření, pro pacienta nenese v podstatě žádné riziko.

Na základě typu podnětu, jakým jsou vyvolané, rozlišujeme 4 typy EP:

  • 1. VEP (zrakové EP = visual EP)
  • 2. AEP (sluchové EP = acoustic EP)
  • 3. SEP (somatosenzorické EP = somatosensoric EP)
  • 4. MEP (motorické EP = motoric EP)

Poznáme však i jiné typy EP a to například:

  • SSEP (ustálené EP = steady state EP)
  • ERP (kognitivní EP = even related potentials)

Zrakové evokované potenciály (VEP)[upravit | editovat zdroj]

Evokované potenciály sú všetky odpovede nervového systému na dráždenie receptoru, ktoré sa používajú na zhodnotenie funkcie nervových dráh. Odpoveď nervového systému na stimul vyvolá vznik pohybujúceho sa elektrického poľa, ktoré dokážeme snímať. Zrakovými evokovanými potenciálmi sa testuje zraková dráha pomocou dráždenia fotoreceptorov sietnice definovaným zrakovým podnetom. Na toto meranie sa používajú buď štruktúrny, alebo zábleskový podnet. Štruktúrny podnet aktivuje optický systém efektívnejšie. Dráždenie zrakových dráh pomocou záblesku nie je diagnosticky až tak významné. Pri správnej funkcii nervových dráh by mala byť reakcia mozgu na podnet takmer okamžitá. Pri ich porušení sa prenos spomalí. VEP sa používajú napríklad na diagnostiku sclerosis multiplex alebo traumaticky poškodených nervov, najmä n. opticus.

Flash VEP (F VEP) so zábleskovým stimulom sú vhodné pre pacientov so zlým zrakom, nespolupracujúcich pacientov alebo pacientov v kóme. Táto metóda odhaľuje hrubé lézie v celom rozsahu zrakovej dráhy, nejde ale odhaliť presné miesto poškodenia dráhy.

Stimulácia štruktúrnymi podnetmi sa vykonáva pomocou obrazu šachovnice alebo čiernymi a bielymi pásikmi. Tieto obrazy dráždia sietnicu svojím kontrastom, podráždenie sa prenáša ďalej až postupne na povrchu hlavy vznikne elektrické pole, ktoré poznáme ako VEP. Existuje viac druhov stimulácie štruktúrnym podnetom.

Pattern reversal (PR VEP, zvrat v obraze) je najčastejšia metóda. Stimulačný obraz sa mení s určitou frekvenciou na jeho komplementárny obraz, takže na šachovnici pôvodne biele políčka sa menia na čierne. Zmena kontrastu na sietnici pacienta vyvolá evokovaný potenciál.

Pattern appereance- v tomto prípade sa pacient pozerá na rovnomerne osvietenú plochu, ktorá sa v pravidelných intervaloch mení na štruktúrovanú, čo vyvolá evokovaný potenciál.

Shrnutí:

  • využíva sa k diagnostike optickej neuritídy, alebo iných postihnutí n. opticus (tumor, atrofia)
  • zrakové stimuly môžu byť: flash VEP (pomocou zábleskov), pattern reversal (štrukturovaný podnet), motion VEP (pohybové)
  • štrukturovaný podnet je čiernobiela šachovnica, v ktorej dochádza k zmene farieb políčok v rovnakej frekvencii1
  • táto stimulácia sa vykonáva monookulárne, čiže vyšetrenie je realizované na jednom oku
  • výsledná krivka VEP má trifázický tvar, hodnotíme prevažne vlnu P100
  • elektródy: 3 štandardné v occipitálnej oblasti, referenčná v centrofrontálnej oblasti
  • časová škála: 250ms

Vyšetrenie VEP Krivka VEP

Sluchové evokované potenciály (AEP)[upravit | editovat zdroj]

Sluchové evokované potenciály slúžia k diagnostike periférneho sluchového nervu (n.VIII - n. vestibulocochlearis) pomocou zvuku, generovaného z vonkajšieho prostredia, ktorý smeruje pomocou sluchovej dráhy zo slimáka do mozgovej kôry. AEP sú podtriedou kognitívnych evokovaných potenciálov (ERP - "even relate potentials").

AEP sú veľmi malé elektrické napäťové potenciály pochádzajúce z pokožky hlavy, ktoré sú vyvolávané pomocou nejakých sluchových stimulov, akými sú rôzne tóny, zvuky, reč apod.

ERP (viď vyššie) sú reakcie mozgu, ktoré sú vysielané na základe nejakej "udalosti" (eventu) - v prípade AEP sa jedná o zvuk, resp. o jednoduché opakované cvaknutie vysielané do jedného ucha cez slúchadlá. Druhé ucho, ktoré nie je vyšetrované, je blokované maskovacím šumom. Výhodou AEP v porovnaní s inými diagnostickými metódami na určenie poškodenia sluchu spočíva práve v jej väčšej objektívnosti.

STRUČNÝ POPIS

  • pri vyšetrovaní použijeme 3 elektródy umiestnené v príslušných oblastiach
  • stimul vysielaný do sluchátok má určitú intenzitu a frekvenciu, ktorá sa po určitom čase mení
  • krivka sa podľa daných frekvencií postupne vykresľuje na monitore prístroja
  • vyšetrovaná osoba by sa mala nachádzať v prostredí, kde nie je vystavovaná rušivým vplyvom okolia
  • pri vyšetrení by sa mala vyšetrovaná osoba nachádzať v pokojovom režime (ležať, relaxovať,...)--RadkaB (diskuse) 15. 10. 2016, 09:46 (CEST)
  • na konci vyšetrenia prístroj vyhodnotí, či meranie bolo dôveryhodné/málo doveryhodné/nedôveryhodné pomocou semafóra naľavo od výsledných kriviek

Vyšetrenie BAEP Krivka BAEP

PRAKTIKUM "EVOKOVANÉ POTENCIÁLY" (2. LF)

Somatosenzorické evokované potenciály (SEP)[upravit | editovat zdroj]

Somatosenzorické evokované potenciály (SEP) jsou složeny ze série vln popisujících postupnou aktivaci nervových struktur podél somatosenzorických drah. Mohou být vyvolány mechanickou stimulací, avšak klinické studie využívají elektrickou stimulaci periferních nervů, čímž je získána mnohem větší a silnější odezva. Obecně lze říci, že metoda SEP vyhodnocuje zdravotní stav periferních nervů a míchy. Dále testuje, jak mícha nebo mozek přenáší informace o smyslových podnětech periferními nervy. A také je možné její pomocí lokalizovat, ve kterém místo došlo k zablokování signálu a zdali je problém v přenosové soustavě (periferní nervy), či v interpretačním centru (mozek, mícha).

Typicky využívaná stimulační místa pro klinické studie SEP jsou - n. medianus v zápěstí, n. fibularis communis v koleni, n. ulnaris v zápěstí a n. tibialis v kotníku. SEP získané stimulací n. ulnaris se velice často uplatňují při operacích v případech, při nichž hrozí poškození středního oddílu krční míchy nebo plexus brachialis.  Vhodné je také zmínit, že SEP mohou být zaznamenány i stimulací rami n. trigeminus, leč takový způsob je technicky velice náročný. Důvodem obtíží je těsná blízkost stimulační a zaznamenávací elektrody a krátká doba odezvy; elektrický podnět se velice často překrývá se somatosenzorickým evokovaným potenciálem n. trigeminus. Zaznamenávací elektrody bývají typicky umisťovány na kůži temene hlavy, podél páteře a nad periferními nervy proximálně od místa stimulace. 

Zajímavost: Lze měřit několik základních charakteristik SEP mezi které řadíme zpoždění píku, amplitudu složek a tvar vlny. Zpoždění píku bývá pro všechny pacienty stejné, zatímco amplitudy vykazují velkou proměnlivost. Proto interpretace mimo operační diagnostiky studií SEP je založena převážně na měření intervalů mezi jednotlivými píky a pravo-levými rozdíly píku oproti jeho maximu. Amplitudy složek zůstávají při opakovaných měření u jednoho pacienta neměnné. Poškození somatosenzorických drah během operace se může projevit dříve u amplitudy jednotlivých složek než u zpoždění píků, či dokonce v některých případech se projeví pouze ve změně amplitudy. Z tohoto důvodu je vhodné během operací měřit jak zpoždění píků, tak amplitudy jednotlivých složek SEP. Padesátiprocentní pokles amplitudy a desetiprocentní nárůst zpoždění píku od výchozího stavu je spojeno se zraněním míšního segmentu columna posterior.

Metoda SEP má bohaté využití, zejména pro klinickou diagnózu pacientů s neurologickým onemocněním a pro hodnocení pacientů se senzorickými symptomy potenciálně psychosomatického původu. Neopomenutelná je dále aplikace SEP při určování prognózy komatózních pacientů a pro intraoperační monitorování v průběhu chirurgických zákroků, kde mohou být v ohrožení části somatosenzorických drah. Abnormální hodnoty SEP mohou být způsobeny dysfunkcí na úrovni periferního nervu, nervové pleteně, míšního kořene, míchy, mozkového kmene anebo oblasti mozkové kůry. Vzhledem k tomu, že různí jedinci mají více paralelních aferentních drah, tak SEP může být normální i u pacientů s významnými smyslovými poruchami. Avšak nutno podotknout, že abnormální výsledek SEP ve všech případech vždy signalizuje, že v somatosenzorických drahách je přítomna dysfunkce; pacient nemůže vědomě ovlivnit naměřené hodnoty potenciálů. 

-Současný rozvoj a dostupnost neuroradiologických zobrazovacích metod značně ovlivnil použití SEP v klinickém prostředí; diagnostika pomocí SEP se využívá výrazně méně, než v období před magnetickou rezonancí. Nicméně i nadále jsou považované za velice přínosnou metodu zejména u pacientů v komatózním stavu při poškození mozku v důsledku hypoxie. A také na operačních sálech a ve výzkumu, kde slouží jako užitečný nástroj pro odhalení základních aspektů fyziologie smyslů.

Vyšetrenie n.medianus SEP Krivka n.medianus SEP

Motorické evokované potenciály (MEP)[upravit | editovat zdroj]

Motorické evokované potenciály jsou zaznamenány ze svalů po přímé nebo transkraniální stimulaci motorického kortexu (buď magnetické nebo elektrické). Mohou být pochopeny jako kvantitativní míra odpovědí a často se používají pro testování role různých typů intervencí na motorický systém (farmakologické, behaviorální, bolestivé atd.)

MEP jsou nejčastěji indukovány pomocí transkraniální magnetické stimulace a mohou tedy sloužit jako index tzv."premovement neuronal activity", Příkladem je MEP indukované zrcadlovým neuronovým systémem při vidění akcí někoho jiného. Klinické využití také nachází tato metoda v elektrická stimulace pokožky hlavy, která způsobuje indukovaný elektrický proud v mozku, který následně aktivuje motorické dráhy pyramidálních drah. Tato technika účinně vyhodnocuje dráhy motoru v centrálním nervovém systému během operací, které by mohly ohrožovat tyto struktury a tím přispívá k úspěšnosti operací. 

Obrázek MEP Transcranial-magnetic-stimulation-TMS.jpg

Shrnutí:

Ustálené evokované potenciály (SSEP)[upravit | editovat zdroj]

  • objektívne vyšetrenie sluchu k určeniu sluchového prahu
  • umožňuje stanoviť zbytky sluchu na hlbokých frekvenciách u veľmi tažkých percepčních vád sluchu, ktoré by pri vyšetrení kmeňových potenciálov neboli zachytené
  • vyšetrenie prebieha u detí v spánku alebo v anestézii
  • výsledky sa zobrazujú v tzv. odhadovanom audiograme

Kognitívne evokované potenciály (ERP)[upravit | editovat zdroj]

  • zmenu elektrického napätia vyvolajú identifikovateľné podnety alebo udalosti
  • vyšetrenie prebieha formou zadávania rôznych úloh pacientovi
  • nevýhodou kongitívných evokovaných potenciálov je napriek ich relatívne vysokej senzitivite nízka špecifickosť, čo je dôvodom ich obmedzeného klinického využitia

Metódy analýzy EP[upravit | editovat zdroj]

Kognitivní evokované potenciály jsou měřené mozkové odpovědi, které  jsou přímé výsledky specifických sensorických, kognitivních, nebo motorických akcí. Více obecně, jsou to stereotypní elektrofyziologické odpovědi na stimuly. Studie mozku tímto způsobem poskytuje neinvazivní prostředky k ohodnocení mozkové činnosti u pacientů s kognitivními onemcněními.

ERP jsou měřeny pomocí elektocefalogie (EEG). Ekvivalent ERP naměřený pomocí magnetocefalografie (MEG) je ERF (event-related field). – pole evokovaných potenciálů. Evokované potenciály a indukované potenciály jsou podtypy ERP.

Histrorie

S objevem elektroencefalogram(EEG), v roce 1924, Hans Berger odhalil, že je možné naměřit elektrickou aktivitu lidského mozku pomocí elektrod umístěných na povrchu hlavy a následné zesílení tohoto signálu. Změny v napětí mohou být potom vykresleny podél časového intervalu. Berger pozoroval, že napětí může být ovlivněno vnějšími podněty stimulujícími smysly. Během následujících desetiletí se ukázalo, že EEG je užitečným zdrojem při zaznamenávání mozkové aktivity. Nicméně, bylo velmi náročné posoudit vysoce specializované neurální procesy, které jsou zájmem kognitivní neurovědy, protože používání čistých EEG dat velmi ztížilo možnost izolovat jednotlivé neurokognitívne procesy. ERP poskytlo daleko sofistikovanější metody na získávání specifičtějších vjemových, kognitivních a somatosenzorických podnětů použitím jednoduchých průměrovacích technik. V současnosti jsou ERP jedním z nejpoužívanějších metod výzkumu v kognitivní neurovědě, který se zabývá fyziologickými procesy smyslové, vjemové a kognitivní aktivity souvisejícími se zpracováním informací. 

Výpočet

ERP může být spolehlivě naměřené použitím elektroencefalografie (EEG), procedury, která měří elektrickou aktivitu mozku během časového intervalu použitím elektrod umístěných na povrchu hlavy. EEG zaznamenává tisíce současně probíhajících mozkových procesů. Což znamená, že mozková odezva na jeden konkrétní stimul nebo podnět který nás zajímá, není obvykle viditelná v EEG měření pouze jednoho pokusu. Abychom viděli mozkovou odezvu na stimul, musíme provést mnoho pokusů a rozprostřít jejich výsledky, čímž docílíme, že náhodná mozková aktivita se zprůměruje a zůstane nám jen podstatná křivka která nás zajímá, nazývaná ERP.

Náhodná (klidová) mozková aktivita společně s ostatními bio-signály (např.: EOG, EMG, EKG) a elektromagnetickým rušením (např.: elektronický šum, blikající světla) se podílejí na šumu zaznamenaném při ERP měření. Tento šum zakrývá signál, který nás zajímá. Jde o sekvenci podprahových ERP, které studujeme. Z inženýrského pohledu je možné definovat poměr signálu ku šumu (SNR=signal-to-noise ratio) v nahraných ERP. Důvod, proč průměrování zvyšuje SNR nahraných ERP (což je činí rozpoznatelnými a umožňuje jejich interpretaci) má jednoduché matematické vysvětlení.

Šum s velkou amplitudou (jako mrkání očima nebo pohyb artefaktů) je často řádově větší než podprahové ERP. Měření obsahující takové artefakty, by měly být proto odstraněny před průměrování. Vyčištění artefaktů může být učiněno manuálně, vizuální kontrolou, nebo použitím automatické procedury založené na předem definovaných prazích (omezujících maximální amplitudu nebo sklon EEG) nebo na časově měnících se prazích získaných ze statistiky sady měření. 

Nomenklatura komponent ERP

ERP křivky se skládají ze série pozitivních a negativních odchylek napětí, které souvisí se sadou podprahovýc

h komponentů. Ačkoli některé ERP komponenty jsou označovány akronymy (např.: Contingent negative variation - CNV, error-related negativity - ERN, early left anterior negativity - ELAN, closure positive shift - CPS), většina komponentů je označována písmenem (N / P) určujícím polaritu (negativní/pozitivní), následovaným číslem určujícím buď latenci (zpoždění) v milisekundách nebo poředové umístění komponentu ve vlně. Například, negativní vrchol křivky, který je první výrazný vrchol ve vlně a často nastává okolo 100 milisekund po stimulu se většinou nazývá N100 (s latencí 100 ms po stimulu a negativní polaritou) nebo N1 (čím označíme že jde o první vrchol a že je negativní ), často je následován pozitivním vrcholem, obvykle nazývaným P200 nebo P2. Latence pro ERP komponenty jsou často poměrně variabilní. 

Výhody a nevýhody

Ve vztahu k měření chování

Ve srovnání s behaviorálními procedurami, ERP poskytují nepřetržité měření zpracování mezi stimulem a odezvou, což umožňuje zjistit, která fáze je ovlivněna specifickou změnou v experimentu. Další výhodou oproti behaviorálnímu měření je, že nám mohou poskytnout způsob, jak měřit zpracování stimulu, i když nenastává žádná změna v chování. Kvůli signifikantně malé velikosti ERP, je obvykle třeba použít velký vzorek měření k tomu, abychom ho změřili správně.

Ve vztahu k jiným neurofyziologickým měřením

Inavzivnost

Na rozdíl od mikroelektrod, které vyžadují elektrodu vsunutou do mozku, a PET skenů které vystavují lidi radiaci, ERP používají EEG, která je neinvazivní metodou.

Prostorové a časové rozlišení

ERP poskytují vynikající časové rozlišení, protože rychlost nahrávání ERP závisí jen na frekvenci vzorkování, kterou lze pomocí příslušného zařízení skutečně zaznamenat, zatímco hemodynamické měření (jako například fMRI, PET , a fNIRS) je podstatně omezeno pomalou rychlostí saturace krve kyslíkem, tzv. BOLD odezvy (blood-oxygen-level dependent). Avšak prostorové rozlišení ERP je mnohem horší než hemodynamických metod. Umístění zdrojů ERP je inverzní problém, který nelze exaktně vyřešit, můžeme ho jen odhadnout. Proto jsou ERP, které se dobře hodí pro výzkum otázek o rychlosti neurální aktivity, méně vhodné pro výzkum otázek o pozici jejich aktivity. 

Náklady

ERP výzkum je mnohem levnější v porovnání s ostatními zobrazovacími technikami jako fMRI, PET , a MEG. Důvodem je, že zakoupení a udržování EEG systému je méně nákladné než údržba ostatních systémů.

Klinické ERP

Lékaři a  neurologové  někdy používají blikající vizuální  šachovnicové pobídky na otestování poškození nebo traumatu ve vizuálním systému. U zdravého člověka, by měl tento stimul způsobit výraznou odezvu v primárním zrakovém centru umístěném v okcipitálním laloku, v zadní části mozku.

Abnormality ERP komponent v klinickém výzkumu byly prokázány při neurologických onemocněních, jakými jsou:

·        demence

·        Parkinsonova choroba 

·        roztroušená skleróza 

·         úrazy hlavy 

·        CMP (cévní mozková příhoda) 

Obsedantně-kompulzivní porucha 

  • najrozšírenejšou metódou je Averaging, teda metóda spriemerovania
  • vychádza z dvoch častí: vlastná odpoveď EP (signál) a sústavne prebiehajúca elektroencefalografická aktivita (šum)
  • proces sa opakuje viackrát, a ak sa spriemerované krivky aspoň približne kryjú, tak je EP spoľahlivý

V rámci elektrofyziológie sa nepozorujú iba mozog, ale je možný aj monitoring iných orgánov, napr. :

  • ERG - elektroretinogram - monitoruje elektrickú aktivitu sietnice
  • EMG - elektromygram - monitoruje elektrickú aktivitu kostrových svalov
  • EOG - elektrookulogram - sleduje kľudové potenciály oka
  • EGG - elektrogastrogram - monitoruje elektrickú aktivitu žalúdka
  • EHG - elektrohysterogram - sleduje elektrickú aktivitu maternice

Elektroretinogram (ERG)[upravit | editovat zdroj]

  • meria sa pomocou nej biolelektrická aktivita sietnice (retiny) a umožňuje na nej odhaliť zmeny, ktoré sa odkláňajú od fyziologických hodnôt
  • používajú sa špeciálne elektródy, ktoré sa pomocou vodivej pasty fixujú na vonkajšie očné kútiky a priamo na kvapkami znecitlivenú rohovku (corneu)
  • uzemňovacia elektróda sa umiestňuje nad koreň nosa
  • podľa typu stimulácie delíme ERG na:
  1. S-ERG - skotopický elektroretinogram tyčiniek - po 30 minútach adaptácie oka na tmu pacient sleduje záblesky rôznej intenzity o dĺžke 2ms a veľkosti 3 priestorových uhlov
  2. F-ERG - fotopický elektroretinogram čapíkov - po 5 minútach adaptácie oka na tmu sleduje pacient záblesky rovnakej intenzity, umožňuje odhaliť poruchy čapíkov a problémy na zadnom póle oka
  3. P-ERG - pattern-reversal ERG - štrukúrovaný podnet tvorí čierno-biela šachovnica, na ktorej pacient sleduje fixačný bod, najčastejšie červený krížik,
    • pri tejto metóde je stimulovaná centrálna časť sietnice a dokáže odhaliť poruchy makuly (žltej škvrny), tupozrakosť alebo glaukóm

Elektrookulografie (EOG)[upravit | editovat zdroj]

  • meria napätie medzi rohovkou a a sietnicou v kľudovom stave oka, tj. sleduje kľudové potenciály oka
  • rohovka má kladný náboj a sietnica záporný
  • elektódy medzi kútikmi oka, pacient sleduje 12 minút fixačné svetlá pod uhlom 30° v tme a rovnakú dobu pri svetle
  • metóda sa využíva pri ochoreniach cievnatky a vonkajších vrstiev sietnice

Odkazy[upravit | editovat zdroj]

Zdroje[upravit | editovat zdroj]