วิธีกระตุ้นศักยภาพ: ประเภท แนวคิดพื้นฐาน คำอธิบายขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: Miguel Ramacey | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 06:29

แอมพลิจูดที่อาจเกิดขึ้นได้มีแนวโน้มต่ำ โดยมีค่าตั้งแต่ไมโครโวลต์น้อยกว่าหนึ่งถึงสองสาม เมื่อเทียบกับไมโครโวลต์หลายสิบตัวสำหรับการตรวจคลื่นไฟฟ้าสมอง (EEG) มิลลิโวลต์สำหรับการตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (EMG) และมักจะใกล้ถึง 20 มิลลิโวลต์สำหรับการตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (คลื่นไฟฟ้าหัวใจ). การหาค่าเฉลี่ยสัญญาณเป็นสิ่งจำเป็นในการแก้ไขศักยภาพแอมพลิจูดต่ำเหล่านี้เมื่อเผชิญกับ EEG, ECG, EMG และสัญญาณชีวภาพอื่นๆ และเสียงรอบข้างที่กำลังดำเนินอยู่ สัญญาณหมดเวลากระตุ้นและเสียงส่วนใหญ่เป็นแบบสุ่ม ทำให้มีค่าเฉลี่ยเสียงรบกวนในการตอบสนองซ้ำๆ

แรงกระตุ้นและสัญญาณ

สัญญาณสามารถบันทึกได้จากเปลือกสมอง ก้านสมอง ไขสันหลัง และเส้นประสาทส่วนปลาย โดยปกติ คำว่า "ศักยภาพที่ปรากฏ" สงวนไว้สำหรับการตอบสนองที่เกี่ยวข้องกับการบันทึกหรือการกระตุ้นโครงสร้างในระบบประสาทส่วนกลางระบบต่างๆ ดังนั้น ศักยภาพที่เกิดจากมอเตอร์หรือประสาทสัมผัสที่ซับซ้อนซึ่งใช้ในการศึกษาการนำกระแสประสาทมักไม่ถือว่ามีศักยภาพที่ปรากฏขึ้น แม้ว่าจะเหมาะสมกับคำจำกัดความข้างต้น

ประสาทสัมผัสกระตุ้นศักยภาพ

สิ่งเหล่านี้ถูกบันทึกจากระบบประสาทส่วนกลางหลังจากการกระตุ้นทางประสาทสัมผัส เช่น ศักยภาพที่ปรากฏขึ้นทางสายตาเนื่องจากแสงกะพริบหรือรูปแบบที่เปลี่ยนไปบนจอภาพ ศักยภาพในการได้ยินที่เกิดจากการกระตุ้นด้วยเสียงคลิกหรือโทนที่แสดงผ่านหูฟัง หรือการสัมผัส หรือศักยภาพในการรับความรู้สึกทางกายที่เกิดจากการกระตุ้นทางประสาทสัมผัสหรือไฟฟ้าของประสาทสัมผัสหรือเส้นประสาทผสมในบริเวณรอบนอก ศักยภาพที่เกิดจากประสาทสัมผัสถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเวชศาสตร์การวินิจฉัยทางคลินิกตั้งแต่ทศวรรษ 1970 เช่นเดียวกับในการตรวจสอบทางสรีรวิทยาระหว่างการผ่าตัดหรือที่เรียกว่า neurophysiology ผ่าตัด ต้องขอบคุณเธอที่ทำให้วิธีการแสดงศักยภาพกลายเป็นจริง

ดู

ศักยภาพการใช้งานทางคลินิกอย่างแพร่หลายมีอยู่สองประเภท:

• การได้ยินทำให้เกิดศักยภาพ ปกติจะบันทึกไว้ที่หนังศีรษะ แต่เกิดขึ้นที่ระดับก้านสมอง
• กระตุ้นศักยภาพทางสายตาและประสาทสัมผัสทางกายกระตุ้นศักยภาพที่เกิดจากการกระตุ้นด้วยไฟฟ้าของเส้นประสาทส่วนปลาย

ความผิดปกติ

ลองและอัลเลนรายงานสิ่งผิดปกติศักยภาพของสมอง (BAEP) เกิดขึ้นจากศักยภาพในการได้ยินของหญิงที่มีส่วนผสมของแอลกอฮอล์ซึ่งฟื้นตัวจากอาการ hypoventilation ที่ได้มา นักวิจัยเหล่านี้ตั้งสมมติฐานว่าก้านสมองของผู้ป่วยถูกวางยาพิษ แต่ไม่ถูกทำลายจากโรคพิษสุราเรื้อรังเรื้อรังของเธอ วิธีการแสดงศักยภาพของสมองทำให้ง่ายต่อการวินิจฉัยสิ่งดังกล่าว

ความหมายทั่วไป

ศักยภาพที่ปรากฏคือการตอบสนองทางไฟฟ้าของสมองต่อการกระตุ้นทางประสาทสัมผัส Regan ได้สร้างเครื่องวิเคราะห์อนุกรมฟูริเยร์แบบอะนาล็อกเพื่อบันทึกฮาร์โมนิกที่อาจเกิดขึ้นในแสงกะพริบ (มอดูเลตไซน์) แทนที่จะรวมผลิตภัณฑ์ไซน์และโคไซน์ Regan ส่งสัญญาณไปยังเครื่องบันทึกโปรเซสเซอร์คู่ผ่านตัวกรองความถี่ต่ำ สิ่งนี้ทำให้เขาได้แสดงให้เห็นว่าสมองอยู่ในสภาวะคงที่ ซึ่งแอมพลิจูดและเฟสของฮาร์โมนิกส์ (ส่วนประกอบความถี่) ของการตอบสนองจะคงที่ตลอดเวลาโดยประมาณ โดยการเปรียบเทียบกับการตอบสนองในสภาวะคงตัวของวงจรเรโซแนนซ์ที่ตามหลังการตอบสนองชั่วคราวเริ่มต้น เขาให้คำจำกัดความว่าสภาวะคงตัวในอุดมคติทำให้เกิดศักยภาพในรูปแบบของการตอบสนองต่อการกระตุ้นทางประสาทสัมผัสแบบซ้ำๆ ซึ่งส่วนประกอบความถี่ของการตอบสนองจะคงที่ตลอดเวลาในแอมพลิจูดและ เฟส.

แม้ว่าคำจำกัดความนี้จะบอกเป็นนัยถึงชุดของรูปคลื่นเวลาที่เหมือนกัน แต่จะมีประโยชน์มากกว่าในการกำหนดวิธีที่เป็นไปได้ที่ปรากฏขึ้น (SSEP) ในแง่ของส่วนประกอบความถี่ ซึ่งเป็นคำอธิบายทางเลือกของรูปคลื่นในโดเมนเวลาเนื่องจากส่วนประกอบความถี่ที่แตกต่างกันสามารถมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ตัวอย่างเช่น สมบัติของการสั่นไหว SSEP ความถี่สูง (ซึ่งมีจุดสูงสุดที่ประมาณ 40–50 Hz) สอดคล้องกับคุณสมบัติของเซลล์ประสาทแมกโนเซลลูลาร์ที่ค้นพบในเวลาต่อมาในเรตินาของลิงแสม ในขณะที่คุณสมบัติของการสั่นไหว SSEP ความถี่กลาง (ซึ่งมีจุดสูงสุดที่ ประมาณ 15-20 Hz) สอดคล้องกับเซลล์ประสาท Parvocellular เนื่องจาก SSEP สามารถอธิบายได้อย่างเต็มที่ในแง่ของแอมพลิจูดและเฟสขององค์ประกอบความถี่แต่ละส่วน จึงวัดปริมาณได้ไม่ซ้ำกันมากกว่าศักยภาพที่ปรากฏชั่วคราวโดยเฉลี่ย

ลักษณะทางสรีรวิทยา

บางครั้งมีการกล่าวกันว่า SSEPs ได้มาจากสิ่งเร้าที่มีอัตราการทำซ้ำสูง แต่ก็ไม่ได้ถูกต้องเสมอไป โดยหลักการแล้ว การกระตุ้นด้วยมอดูเลตแบบไซน์สามารถกระตุ้น SSEP ได้แม้ว่าอัตราการเกิดซ้ำจะต่ำ เนื่องจากการโรลออฟความถี่สูงของ SSEP การเว้นจังหวะความถี่สูงอาจส่งผลให้มีรูปคลื่น SSEP ที่เกือบจะเป็นคลื่นไซน์ แต่นี่ไม่ใช่คำจำกัดความของ SSEP การใช้การซูม-FFT เพื่อบันทึก SSEP โดยจำกัดความละเอียดของสเปกตรัมตามทฤษฎีที่ ΔF (โดยที่ ΔF ในหน่วย Hz คือส่วนกลับของระยะเวลาการบันทึกเป็นวินาที) Regan พบว่าความแปรปรวนของเฟสแอมพลิจูดของ SSEP นั้นค่อนข้างเล็ก แบนด์วิดท์ของส่วนประกอบความถี่ SSEP สามารถอยู่ที่ขีดจำกัดทางทฤษฎีของความละเอียดสเปกตรัมสูงสุดอย่างน้อย 500 วินาทีของระยะเวลาการบันทึก (ในกรณีนี้คือ 0.002 Hz) ทั้งหมดนี้เป็นส่วนหนึ่งของวิธีการที่เป็นไปได้ที่ปรากฏขึ้น

ความหมายและการใช้งาน

วิธีนี้ช่วยให้สามารถบันทึก SSEP ได้หลายรายการ (เช่นสี่) พร้อมกันจากตำแหน่งใดก็ตามบนหนังศีรษะ จุดกระตุ้นที่แตกต่างกันหรือสิ่งเร้าที่แตกต่างกันสามารถทำเครื่องหมายด้วยความถี่ที่แตกต่างกันเล็กน้อย ซึ่งเกือบจะเหมือนกับความถี่ของสมอง (คำนวณโดยใช้วิธีที่เป็นไปได้ของการกระตุ้นสมอง) แต่จะแยกออกได้ง่ายด้วยเครื่องวิเคราะห์อนุกรมฟูริเยร์

ตัวอย่างเช่น เมื่อมีการมอดูเลตแหล่งกำเนิดแสงที่ไม่เป็นกรรมสิทธิ์สองแห่งที่ความถี่ที่แตกต่างกันหลายความถี่ (F1 และ F2) และซ้อนทับกัน ส่วนประกอบมอดูเลตความถี่ที่ไม่ใช่เชิงเส้นจำนวนมาก (mF1 ± nF2) จะถูกสร้างขึ้นใน SSEP โดยที่ m และ n เป็นจำนวนเต็ม ส่วนประกอบเหล่านี้ช่วยให้คุณสำรวจการประมวลผลแบบไม่เชิงเส้นในสมองได้ ความถี่เชิงพื้นที่และคุณสมบัติการปรับทิศทางของกลไกสมองที่ประมวลผลรูปแบบเชิงพื้นที่สามารถแยกและศึกษาด้วยการทำเครื่องหมายความถี่ของตารางที่ซ้อนทับกันทั้งสองเส้นได้

การกระตุ้นประสาทสัมผัสต่างๆ สามารถติดฉลากได้ ตัวอย่างเช่น สิ่งเร้าทางสายตาที่กะพริบที่ Fv Hz และเสียงการได้ยินที่แสดงพร้อมกันนั้นถูกปรับแอมพลิจูดที่ Fa Hz การมีอยู่ขององค์ประกอบ (2Fv + 2Fa) ในการตอบสนองทางแม่เหล็กของสมองแสดงให้เห็นพื้นที่ของการบรรจบกันของโสตทัศน์ในสมองของมนุษย์และการกระจายของการตอบสนองเหนือศีรษะทำให้สามารถกำหนดพื้นที่ของสมองได้. เมื่อเร็ว ๆ นี้ การติดแท็กความถี่ได้ขยายจากการวิจัยการประมวลผลทางประสาทสัมผัสไปสู่การวิจัยแบบสนใจเฉพาะส่วนและการวิจัยจิตสำนึก

กวาด

วิธีกวาดเป็นชนิดย่อยของวิธีการที่มีศักยภาพที่ปรากฏขึ้น vp. ตัวอย่างเช่น แผนภาพของแอมพลิจูดของการตอบสนองเทียบกับขนาดรูปแบบกระดานหมากรุกสิ่งเร้าสามารถรับได้ภายใน 10 วินาที ซึ่งเร็วกว่าค่าเฉลี่ยในช่วงเวลาหนึ่งมากในการบันทึกศักยภาพที่ปรากฏสำหรับแต่ละขนาดการควบคุมต่างๆ

แผนผัง

ในการสาธิตดั้งเดิมของเทคนิคนี้ ผลิตภัณฑ์ไซน์และโคไซน์ถูกป้อนผ่านตัวกรองความถี่ต่ำ (เช่นเดียวกับในการบันทึก SSEP) ในขณะที่ดูวงจรทดสอบที่ดีซึ่งสี่เหลี่ยมขาวดำสลับกันหกครั้งต่อวินาที ขนาดของสี่เหลี่ยมจัตุรัสค่อย ๆ เพิ่มขึ้นเพื่อให้ได้พล็อตของแอมพลิจูดที่อาจเกิดขึ้นเทียบกับขนาดควบคุม (ด้วยเหตุนี้คำว่า "การกวาด") ผู้เขียนต่อมาใช้เทคนิคการกวาดโดยใช้ซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์เพื่อเพิ่มความถี่เชิงพื้นที่ของตะแกรงในขั้นตอนเล็กๆ และคำนวณค่าเฉลี่ยโดเมนเวลาสำหรับความถี่เชิงพื้นที่ที่ไม่ต่อเนื่องแต่ละความถี่

กวาดหนึ่งครั้งอาจเพียงพอ หรืออาจจำเป็นต้องเฉลี่ยกราฟในการกวาดหลายครั้ง การกวาดค่าเฉลี่ย 16 รอบสามารถปรับปรุงอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนของกราฟได้สี่เท่า เทคนิคการกวาดได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์สำหรับการวัดการปรับกระบวนการทางสายตาอย่างรวดเร็ว เช่นเดียวกับการบันทึกเด็ก ๆ ซึ่งระยะเวลาจำเป็นต้องสั้น Norcia และ Tyler ใช้เทคนิคนี้ในการจัดทำเอกสารการพัฒนาการมองเห็นและความไวความคมชัดในช่วงปีแรกของชีวิต พวกเขาเน้นว่าในการวินิจฉัยพัฒนาการทางสายตาที่ผิดปกติ ยิ่งบรรทัดฐานพัฒนาการแม่นยำมากเท่าไร ก็ยิ่งแยกแยะความแตกต่างระหว่างความผิดปกติกับภาวะปกติได้ชัดเจนขึ้น ด้วยเหตุนี้ พัฒนาการทางสายตาปกติจึงได้รับการบันทึกไว้ในเด็กกลุ่มใหญ่ หลายปีที่ผ่านมา เทคนิคการกวาดล้างถูกนำมาใช้ในคลินิกจักษุวิทยาเด็ก (ในรูปแบบของการวินิจฉัยด้วยไฟฟ้า) ทั่วโลก

ประโยชน์ของวิธีการ

เราได้พูดถึงแก่นแท้ของวิธีการที่เป็นไปได้แล้ว ตอนนี้ก็คุ้มค่าที่จะพูดถึงข้อดีของมัน เทคนิคนี้ช่วยให้ SSEP ควบคุมสิ่งเร้าที่กระตุ้น SSEP ได้โดยตรงโดยไม่ต้องมีการแทรกแซงจากผู้ทดลองอย่างมีสติ ตัวอย่างเช่น สามารถจัดเรียงค่าเฉลี่ยเคลื่อนที่ของ SSEP เพื่อเพิ่มความสว่างของตัวกระตุ้นกระดานหมากรุกได้ หากแอมพลิจูด SSEP ต่ำกว่าค่าที่กำหนดไว้ และลดความสว่างลงหากค่านั้นสูงกว่าค่านั้น จากนั้นแอมพลิจูดของ SSEP จะแกว่งไปมารอบเซ็ตพอยต์นี้ ตอนนี้ความยาวคลื่น (สี) ของสิ่งเร้าจะค่อยๆ เปลี่ยนไป พล็อตที่ได้รับจากการพึ่งพาความสว่างของสิ่งเร้าต่อความยาวคลื่นคือกราฟของความไวสเปกตรัมของระบบการมองเห็น สาระสำคัญของวิธีการปรากฏศักยภาพ (VP) แยกออกไม่ได้จากกราฟและไดอะแกรม

คลื่นไฟฟ้าสมอง

ในปี 1934 เอเดรียนและแมทธิวสังเกตว่าการเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นใน EEG ท้ายทอยสามารถสังเกตได้ด้วยการกระตุ้นด้วยแสง Dr. Cyganek ได้พัฒนาระบบการตั้งชื่อแรกสำหรับส่วนประกอบ EEG ท้ายทอยในปี 1961 ในปีเดียวกันเฮิร์ชและเพื่อนร่วมงานของเขาได้บันทึกภาพศักยภาพที่ปรากฏ (VEP) บนกลีบท้ายทอย (ภายนอกและภายใน) ในปี 1965 Spelmann ใช้กระดานหมากรุกเพื่ออธิบาย WEP ของมนุษย์ Shikla และเพื่อนร่วมงานได้เสร็จสิ้นความพยายามในการแปลโครงสร้างในเส้นทางการมองเห็นหลัก Halliday และเพื่อนร่วมงานได้เสร็จสิ้นการศึกษาทางคลินิกครั้งแรกโดยการบันทึก VEPs ที่ล่าช้าในผู้ป่วยโรคประสาทอักเสบ retrobulbar ในปี 1972 ตั้งแต่ปี 1970 จนถึงปัจจุบัน มีการวิจัยอย่างกว้างขวางเพื่อปรับปรุงขั้นตอนและทฤษฎี และวิธีนี้ได้รับการทดสอบกับสัตว์ด้วย

ข้อบกพร่อง

แสงกระตุ้นที่กระจัดกระจายในปัจจุบันไม่ค่อยได้ใช้เนื่องจากมีความแปรปรวนสูงทั้งภายในและระหว่างตัวแบบ อย่างไรก็ตาม ประเภทนี้เป็นประโยชน์เมื่อทำการทดสอบทารก สัตว์ หรือผู้ที่มีความบกพร่องทางสายตา รูปแบบกระดานหมากรุกและตาข่ายใช้สี่เหลี่ยมและลายทางสีอ่อนและสีเข้มตามลำดับ สี่เหลี่ยมและแถบเหล่านี้มีขนาดเท่ากันและแสดงบนหน้าจอคอมพิวเตอร์ทีละรายการ (ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของวิธีการที่ปรากฏ)

ตำแหน่งอิเล็กโทรดมีความสำคัญอย่างยิ่งในการได้รับการตอบสนอง VEP ที่ดีโดยไม่มีสิ่งประดิษฐ์ ในการตั้งค่าทั่วไป (ช่องสัญญาณเดียว) อิเล็กโทรดหนึ่งตัวจะอยู่เหนือไอออน 2.5 ซม. และอิเล็กโทรดอ้างอิงจะอยู่ที่ Fz สำหรับคำตอบที่ละเอียดยิ่งขึ้น สามารถวางอิเล็กโทรดเพิ่มเติมสองอันได้ 2.5 ซม. ทางขวาและซ้ายของออนซ์

วิธีการฟังเพื่อกระตุ้นศักยภาพของสมอง

เขาทำได้ใช้เพื่อติดตามสัญญาณที่เกิดจากเสียงผ่านทางเดินหูจากน้อยไปมาก ศักยภาพที่ปรากฏขึ้นนั้นถูกสร้างขึ้นในโคเคลีย ผ่านเส้นประสาทคอเคลีย ผ่านนิวเคลียสของคอเคลียส คอมเพล็กซ์มะกอกชั้นยอด เลมนิสคัสด้านข้าง ไปจนถึงคอลลิคูลัสด้อยในสมองส่วนกลาง ไปจนถึงร่างกายเจนิคิวเลตที่อยู่ตรงกลาง และสุดท้ายไปยังเยื่อหุ้มสมองซีรีบรัล นี่คือวิธีการกระตุ้นศักยภาพของระบบประสาทส่วนกลางโดยใช้เสียงได้ผล

Auditory evoked potentials (AEPs) เป็นคลาสย่อยของศักยภาพที่เกี่ยวข้องกับเหตุการณ์ (ERPs) ERP คือการตอบสนองของสมองที่จำกัดเวลากับเหตุการณ์ เช่น สิ่งกระตุ้นทางประสาทสัมผัส เหตุการณ์ทางจิต (การรับรู้ถึงสิ่งเร้าเป้าหมาย) หรือการข้ามสิ่งเร้า สำหรับ AEP "เหตุการณ์" คือเสียง AEP (และ ERP) เป็นศักย์ไฟฟ้าขนาดเล็กมากที่เกิดจากสมอง ซึ่งบันทึกจากหนังศีรษะเพื่อตอบสนองต่อสิ่งกระตุ้นทางหู เช่น โทนเสียงต่างๆ เสียงพูด เป็นต้น

ศักยภาพของก้านสมองในการได้ยินคือ AEP ขนาดเล็กที่บันทึกเพื่อตอบสนองต่อสิ่งเร้าทางการได้ยินจากอิเล็กโทรดที่วางอยู่บนหนังศีรษะ

AEP ใช้เพื่อประเมินการทำงานของการได้ยินและการเปลี่ยนแปลงของระบบประสาท สามารถใช้วินิจฉัยความบกพร่องทางการเรียนรู้ในเด็ก ช่วยพัฒนาโปรแกรมการศึกษาเฉพาะทางสำหรับผู้ที่มีปัญหาทางการได้ยินหรือการรับรู้ ภายในกรอบของจิตวิทยาคลินิก วิธีการแสดงศักยภาพมักใช้