Почему при диагностике психического расстройства важно исследовать вызванные потенциалы мозга?

Для пациента и его родственников

Что такое слуховые вызванные потенциалы, к каким методам исследования их можно отнести и где они могут использоваться? 

Слуховые вызванные потенциалы относятся к «потенциалам», то есть напряжениям, которые «вызываются» через набор электродов ( расположенных на коже головы) в ответ на «слуховую» стимуляцию. Несмотря на то, что непрерывная ЭЭГ в режиме онлайн была открыта уже к концу 20-х годов прошлого века, одной из ключевых проблем, с которой столкнулись врачи и исследователи, было наличие фонового шума, который продолжал скрывать ответы электроэнцефалограммы . Только после открытия "метода усреднения"  для улучшения распознования отношения сигнал/шум (SNR) желаемых ответов электроэнцефалограммы произошел всплеск исследований в области слуховых вызванных потенциалов.  Слуховые вызванные потенциалы можно отнести к нейрофизиологическим методам исследования. Сегодня эти потенциалы используются для диагностики в психиатрии, неврологии, наркологии, психотерапии, психологии, лингвистики, нейробиологии

Для врача

Как классифируют слуховые вызванные потенциалы?

С момента открытия слуховых вызванных потенциалов было предложено несколько способов их классификации. Одна из первых классификаций была основана на задержке воспроизводимых волн после начала предъявления стимула. Затем эти потенциалы классифицировали, как ранние, средние и поздние (Davis H.,1976). Другой способ классификации слуховых вызванных потенциалов основан на местах их регистрации. Предлагалось классифицировать слуховые вызванные потенциалы, как экзогенные, имеющие более сенсорную природу, не зависящие от уровня сознания субъекта и не подверженные влиянию лингвистических и когнитивных процессов более высокого порядка (например, вызванный щелчком ответ ствола мозга) и эндогенные, которые зависят  от уровня сознания субъекта и подвержены влиянию лингвистических и когнитивных процессов более высокого порядка (например, P300).

Какие слуховые потенциалы можно считать ранними, среднелатентными и медленно - и длиннолатетными?

Ответы слуховых вызванных потенциалов, которые были вызваны в течение 10 мс от начала предъявленного стимула, определялись как "ранние" (например, слуховая реакция ствола мозга или ABR), от 10 до 50 мс как "среднелатентный ответ" (MLR), а от 60 до 500 мс как "медленно- и длиннолатентный ответ" (LLR). 

В чем специфика записи волн потенциала кохлеарного нерва?

В то время как большинство таких потенциалов  регистрировалось с использованием вертексных и сосцевидных или шейных электродов, некоторые слуховые потенциалы регистрировались с использованием альтернативных участков, таких как ушной канал, как в случае электрокохлеографии (записи волн потенциала кохлеарного нерва уменьшались по амплитуде и увеличивались по латентности с уменьшением интенсивности стимула). В записях потенциала кохлеарного нерва были некоторые «поздние» волны, которые были слишком «ранними», чтобы считаться частью MLR или LLR (Sohmer, H., & Feinmesser, M. (1967). Эти волны сегордня обозначается, как «ABR». Позже была подтверждена надежность этих пиков, что привело к использованияю ABR в аудиологии,  неврологии, психиатрии, нейробиологии и психологии для понимания обработки звука в подкорковой слуховой нервной системе (Jewett, D. L., et.al., 1970).  Кроме того, ответы от слухового ствола мозга также могут воспроизводить акустическую форму волны низкочастотных тональных пип-стимулирующих стимулов, что стало известно как «ответ, следующий за частотой» (FFR) (Moushegian, G., et.al., 1973). Bсследования, изучающие влияние внимания на поздние слуховые вызванные потенциалы, привели к открытию негативности несоответствия (MMN) и P300 в необычной парадигме. 

С какой целью слуховые вызванные потенциалы используются в аудиологии?

В аудиологии вызванный щелчком ABR часто используется для оценки порога и тестирования анатомического места поражения. Когда ABR записан на достаточно высоком уровне интенсивности (например, 90 дБ), он вызывает пять основных пиков (I, II, III, IV и V), которые находятся примерно в 1 мс друг от друга. В целом, волна I исходит из слухового нерва, волна II — из кохлеарного ядра, волна III — из верхних оливных холмиков, волна IV — из латеральной петли, а волна V — из нижних холмиков (Melcher, J., et.al., 1996)

С какой целью анализируются ABR и FFR?

Слуховые вызванные потенциалы полезны в исследованиях, связанных с произведением и восприятием речи. Было обнаружено, что щелчки ABR предсказывают развитие речи у детей. Вызванные речью FFR использовались для исследования эффектов слухового опыта, включая музыкальное обучение, двуязычие, социально-экономический статус, обучение, связь языка и музыки, абсолютный слух и др.. 

Для исследователя 

Какие пики ответа выделяют при проведении исследования слуховых вызванных потенциалов и что они характеризуют? 

После улучшения записи отношения сигнал/ шум (SNR) изменения настроек фильтра верхних частот с 50 до 150 Гц привели к визуализации четких форм волн MLR с номенклатурой трех отрицательных и двух положительных пиков как No–Po–Na–Pa–Nb, с генераторами в таламокортикальных путях (Musiek, F., & Nagle, S. (2018). Примерно в это же время возник интерес к поздним слуховым вызванных потенциалам, что привело к открытию волн P1–N1–P2–N2 LLR, генераторы которых преимущественно находились в коре. Было обнаружено, что на эти волны влияют внимание и сон (Williams, H. L, 1962).

В чем заключаются перспективы подходов машинного обучения с данными электроэнцефалограммы с помощью естественных слуховых стимулов? 

В последнее время наблюдается волна исследований, сосредоточенных на использовании подходов машинного обучения с данными ЭЭГ, собранными с помощью естественных слуховых стимулов. Один из подходов, который может быть здесь полезен, включает получение "временной функции ответа" , которая выводится путем извлечения речевых характеристик (например, огибающей, фонетики и семантики) из естественных стимулов и используется для прогнозирования реакции электроэнцефалограммы на стимул. Далее в этом подходе корреляция Пирсона ( r ) вычисляется между прогнозируемой и фактически полученной энцефалограммы. Более высокое значение корреляции указывает на улучшенное нейронное кодирование естественных стимулов. 

С какой целью анализируются очень поздние слуховые вызванные потенциалы? 

В то время как FFR, MMN и P300 влекут за собой представление очень коротких стимулов, таких как односложные слова, очень поздние слуховые вызванные потенциалы, такие как N400 и P600, используют стимулы на уровне предложений. N400 используется для изучения семантики предложения (Kutas, M., & Federmeier, K. D.. 2011). Семантически неконгруэнтное предложение приводит к медленной отрицательной волне, преимущественно в диапазоне от 300 до 700 мс. Для сравнения, P600, который является очень поздней положительной волной в диапазоне латентности от 500 до 1000 мс, вызывается в результате синтаксических нарушений в предложениях. 

Выводы 

Слуховые вызванные потенциалы относятся к «потенциалам», то есть напряжениям, которые «вызываются» в ответ на «слуховую» стимуляцию.

Слуховые вызванные потенциалы используются в психиатрии, неврологии, наркологии, психотерапии, психологии, лингвистики, нейробиологии

Выделяют "ранние", "среднелатентные" ( пики No–Po–Na–Pa–Nb, с генераторами в таламокортикальных путях) и "длиннолатентные"  (волны P1–N1–P2–N2 LLR, генераторы которых преимущественно находятся в коре) ответы на "слуховую" стимуляцию, на которые влияют внимание и сон.  

Литература 

Davis H. Springer; 1976. Electric response audiometry, with special reference to the vertex potentials; pp. 85–103.

Jewett, D. L., Romano, M. N., & Williston, J. S. (1970). Human auditory evoked potentials: possible brain stem components detected on the scalp. Science, 167(3924), 1517-1518.

Kutas, M., & Federmeier, K. D. (2011). Thirty years and counting: finding meaning in the N400 component of the event-related brain potential (ERP). Annual review of psychology, 62(1), 621-647.

Melcher, J. R., Knudson, I. M., Fullerton, B. C., Guinan Jr, J. J., Norris, B. E., & Kiang, N. Y. (1996). Generators of the brainstem auditory evoked potential in cat. I. An experimental approach to their identification. Hearing research, 93(1-2), 1-27.

Moushegian, G., Rupert, A. L., & Stillman, R. D. (1973). Scalp-recorded early responses in man to frequencies in the speech range. Electroencephalography and clinical neurophysiology, 35(6), 665-667.

Musiek, F., & Nagle, S. (2018). The middle latency response: a review of findings in various central nervous system lesions. Journal of the American Academy of Audiology, 29(09), 855-867.

Sohmer, H., & Feinmesser, M. (1967). Xxxiv cochlear action potentials recorded from the external ear in man. Annals of Otology, Rhinology & Laryngology, 76(2), 427-435.

Williams, H. L., Tepas, D. I., & Morlock Jr, H. C. (1962). Evoked responses to clicks and electroencephalographic stages of sleep in man. Science, 138(3541), 685-686.