誘発電位

この技術により、頭皮上の任意の場所から複数の (例えば 4 つの) SSEP を同時に記録できます。^{[ 11 ]}異なる刺激部位または異なる刺激は、脳とほぼ同じですが、フーリエ級数アナライザーで簡単に分離できるわずかに異なる周波数でタグ付けできます。^{[ 11 ]}例えば、2 つのパターン化されていない光がわずかに異なる周波数 (F1 と F2) で変調され、重ね合わされると、SSEP に複数の非線形相互変調周波数成分 (mF1 ± nF2) が生成されます。ここで、m と n は整数です。^{[ 8 ]}これらの成分により、脳内の非線形処理を調査できます。重ね合わされた 2 つの格子を周波数でタグ付けすることにより、空間形態を処理する脳のメカニズムの空間周波数および方向チューニング特性を分離して研究できます。^{[ 12 ] [ 13 ]}異なる感覚様式の刺激もタグ付けできます。例えば、視覚刺激を Fv Hz で点滅させ、同時に提示された聴覚トーンを Fa Hz で振幅変調した。誘発された脳磁気反応に (2Fv + 2Fa) 成分が存在することは、人間の脳に聴覚と視覚の収束領域が存在することを示しており、この反応が頭部全体に分布していることから、この脳領域の位置を特定できた。^{[ 14 ]}最近では、周波数タグ付けは感覚処理の研究から選択的注意の研究^{[ 15 ]や意識の研究[ 16 ]}にまで拡張されている。

スイープ法は、周波数領域と時間領域を組み合わせたハイブリッド手法です。^{[ 17 ]}例えば、刺激チェッカーボードパターンのチェックサイズに対する応答振幅のプロットは、10秒で取得でき、複数のチェックサイズそれぞれについて誘発電位を記録するために時間領域平均法を使用する場合よりもはるかに高速です。^{[ 17 ]} この手法の最初のデモンストレーションでは、黒と白の正方形が1秒間に6回入れ替わる細かいチェックのパターンを見ながら、正弦と余弦の積をローパスフィルタに通しました（SSEPを記録するときと同様）。次に、正方形のサイズを徐々に大きくして、誘発電位振幅とチェックサイズのプロットを作成しました（そのため「スイープ」と呼ばれます）。その後の研究者たちは、コンピュータソフトウェアを使用して格子の空間周波数を一連の小さなステップで増加させ、各離散空間周波数の時間領域平均を計算することで、スイープ法を実装しました。^{[ 18 ] [ 19 ]} 1回のスイープで十分な場合もあれば、スイープサイクルによってトリガーされる平均化装置を使用して、複数回のスイープで得られたグラフを平均化する必要がある場合もあります。^{[ 20 ]} 16回のスイープを平均化することで、グラフの信号対雑音比を4倍に改善できます。^{[ 20 ]} スイープ技術は、急速に適応する視覚プロセスを測定する際^{[ 21 ]}や、記録時間が必然的に短い乳児の記録にも有用であることが証明されています。 NorciaとTylerは、この技術を使用して、生後最初の数年間の視力^{[ 18 ] [ 22 ]}およびコントラスト感度^{[ 23 ]}の発達を記録しました。 彼らは、異常な視覚発達を診断する際には、発達基準がより正確であればあるほど、異常と正常をより明確に区別できることを強調し、そのために、多数の乳児の正常な視覚発達を記録しました。^{[ 18 ] [ 22 ] [ 23 ]}スイープ法は長年にわたり、世界中の小児眼科（電気診断）クリニックで使用されてきました。

この手法により、SSEPは被験者の意識的な介入なしにSSEPを誘発する刺激を直接制御することができます。^{[ 6 ] [ 20 ]}例えば、SSEPの移動平均は、SSEPの振幅があらかじめ定められた値より下がった場合にチェッカーボード刺激の輝度を増加させ、この値より上がった場合に輝度を減少させるように設定できます。すると、SSEPの振幅はこのあらかじめ定められた値の周りを漂います。次に、刺激の波長（色）を徐々に変化させます。結果として得られる刺激の輝度と波長の関係を示すグラフは、視覚系の分光感度のグラフとなります。^{[ 7 ] [ 20 ]}

視覚誘発電位（VEP、EVP、EVR）^{[ 26 ]}は、光のフラッシュやパターン刺激を提示することによって誘発される誘発電位であり、網膜、視神経、視交叉、視放線、後頭皮質[ ^{28 ]を} 含む視覚経路の損傷を確認するために使用できます^{[ 27 ]}。応用例の1つは、乳児の視力測定です。電極を乳児の頭部の視覚皮質 上に置き、灰色のフィールドと市松模様または格子模様を交互に提示します。市松模様のマス目または縞模様が検出できるほど大きい場合、VEPが生成されます。そうでない場合は、生成されません。これは、乳児の視力を測定する客観的な方法です^{[ 29 ] 。}

VEPは、原因を特定できない場合でも、身体検査やMRIだけでは見つからない視覚機能障害に敏感である可能性があります。^{[ 28 ]} VEPは、視神経炎、視神経症、脱髄疾患、多発性硬化症、フリードライヒ運動失調症、ビタミンB12_欠乏症、神経梅毒、片頭痛、虚血性疾患、視神経を圧迫する腫瘍、眼圧亢進症、緑内障、糖尿病、中毒性弱視、アルミニウム神経毒性、マンガン中毒、球後視神経炎、脳損傷で異常を示す可能性があります。^{[ 30 ]} 乳児の視覚障害を検査し、発達遅延による異常な視覚経路を調べるために使用できます。^{[ 28 ]}

VEP応答のP100成分は、約100msの遅延を伴う陽性ピークであり、臨床的に非常に重要である。視交叉より前方の視覚経路の機能障害は、VEPが最も有用な場合が多い。例えば、急性重症視神経炎の患者は、P100応答が消失するか、応答が著しく減弱することが多い。臨床的回復と視力改善はP100の回復を伴うが、異常に長い潜時が無期限に続くため、過去のまたは潜在的な視神経炎の指標として有用である可能性がある。^{[ 31 ]}

1934年、エイドリアンとマシューは、光刺激下で後頭部脳波に潜在的な変化が見られることに気づいた。シガネクは1961年に後頭部脳波成分の最初の命名法を開発した。同年、ヒルシュらは後頭葉（外側と内側）で視覚誘発電位（VEP）を記録し、鳥距溝に沿って記録された振幅が最大であることを発見した。1965年、シュペールマンはチェッカーボード刺激を用いてヒトのVEPを記述した。シクラらは一次視覚経路の構造を局在化しようと試みた。ハリデーらは1972年に球後視神経炎の患者で遅延VEPを記録することにより、VEPを用いた最初の臨床研究を完了した。1970年代から今日まで、手順と理論を改善するための広範囲にわたる研究が行われ、この方法は動物でも記述されている。^{[ 32 ]}

VEP波

VEPの命名法は、ピークが正（P）か負（N）かを示す大文字に、その波の平均ピーク潜時を示す数字を続けて用いることで決定されます。例えば、P100は刺激開始後約100ミリ秒で正のピークを示す波です。VEP波の平均振幅は通常5～20マイクロボルトの範囲です。

正常値は、使用する刺激装置（フラッシュ刺激か陰極線管または液晶ディスプレイか、チェッカーボードフィールドのサイズなど）によって異なります。

聴覚誘発電位（AEP）は、音によって発生した信号を上行性聴覚経路を通して追跡するために使用できます。誘発電位は蝸牛で発生し、蝸牛神経、蝸牛核、上オリーブ核複合体、外側毛帯、中脳の下丘、内側膝状体を経て、最終的に大脳皮質に伝わります。^{[ 33 ]}

聴覚誘発電位（AEP）は、事象関連電位（ERP）の一種です。ERPは、感覚刺激、精神的イベント（ターゲット刺激の認識など）、または刺激の省略といった、何らかの「イベント」に時間的に同期した脳の反応です。AEPの場合、「イベント」は音です。AEP（およびERP）は、さまざまな音色、音声などの聴覚刺激に反応して頭皮から記録される、脳から発生する非常に小さな電気電圧電位です。

脳幹聴覚誘発電位は、頭皮に装着した電極から聴覚刺激に対する反応として記録される、小さな聴覚誘発電位である。

AEPは聴覚系の機能と神経可塑性の評価に用いられます。^{[ 34 ]} AEP は子供の学習障害の診断に使用でき、聴覚や認知に問題のある人のための個別教育プログラムの開発に役立ちます。^{[ 35 ]}

体性感覚誘発電位（SSEP）は、末梢神経を繰り返し刺激したときに脳または脊髄から記録される誘発電位です。^{[ 36 ]} SSEPは、手術中に患者の脊髄の機能を評価するための神経モニタリングに使用されます。SSEPは、脛骨神経、正中神経、または尺骨神経などの末梢神経を、通常は電気刺激で刺激することによって記録されます。その後、患者の頭皮から反応が記録されます。

SSEPには触覚、振動、痛みなどの刺激を用いることができますが、電気刺激は簡便性と信頼性の高さから最も一般的です。^{[ 36 ]} SSEPは重度の頭部外傷患者の予後にも使用できます。^{[ 37 ]} 潜時が50ms未満のSSEPは意識とは比較的独立しているため、昏睡状態の患者に早期に使用すれば、結果を確実かつ効率的に予測できます。^{[ 38 ]} 例えば、両側に反応がない昏睡状態の患者は、95%の確率で昏睡から回復しません。^{[ 39 ]} しかし、結果を分析する際には注意が必要です。例えば、鎮静剤の増量や脊髄などの他のCNS損傷はSEPに影響を与える可能性があります。^{[ 36 ]}

患者の頭皮に到達した時点での信号の振幅が小さく、また背景脳波（EEG）、頭皮筋電図（EMG） 、あるいは室内の電気機器などによって生じる電気ノイズが比較的大きいため、信号を平均化する必要があります。平均化を行うことで、信号対雑音比が向上します。通常、手術室では、誘発電位を適切に解析するために、100回以上、場合によっては1,000回もの平均化を行う必要があります。

SSEPで最も注目されるのは、ピークの振幅と潜時です。最も顕著なピークは研究室で研究され、命名されています。各ピークには、名前に文字と数字が付けられています。たとえば、N20は20msの負のピーク（N）を指します。このピークは、正中神経が刺激されたときに皮質から記録されます。これはおそらく体性感覚皮質に到達する信号に対応しています。術中モニタリングで使用する場合、患者の挿管後のベースラインに対するピークの潜時と振幅は重要な情報です。潜時の劇的な増加または振幅の減少は、神経機能障害の指標となります。

手術中、大量の麻酔ガスを使用すると、体性感覚誘発電位（SSEP）の振幅と潜時が影響を受ける可能性があります。ハロゲン化麻酔薬や亜酸化窒素はいずれも潜時を延長させ、振幅を減少させ、場合によっては反応が検出できなくなるほどになることもあります。そのため、通常はハロゲン化麻酔薬の使用量を減らし、静脈内投与の催眠薬や麻薬を多く用いる麻酔法が採用されます。