1. Algemene aspecten van Evoked Potentials
Een Evoked Potential (EP) is een potentiaalverandering in het perifeer of centrale
zenuwstelsel of een spier ontstaat na stimulatie.
- Sensorische EPs ontstaan in het centrale of perifere zenuwstelsel na stimulatie
van een zintuig of de afferente vezels.
o Somatosensibele EP (SEP) ontstaat in het perifere of centrale
zenuwstelsel na elektrische of mechanische stimulatie van een huidzenuw
of gemengde zenuw
o Visuele EP (VEP) ontstaat in de hersenschors na visuele stimulatie van de
retina
o Brainstem Auditory (BAEP) & (corticale) Auditory EP (AEP) ontstaan de
hersenstam en de hersenschors na stimulatie van het gehoororgaan.
- Motor EPs ontstaan in een spier na stimulatie van de motorische hersenschors of
motorische wortels.
- Event Related EPs ontstaan in de hersenen als gevolg van de voorbereiding op
een motorische responsie of de verdere verwerking van een sensorische prikkel.
De latentie en vorm van een EP hangen af van de sterkte en kwaliteit van de gegeven prikkel.
Sensorische EPs en ERPs hebben een kleine amplitude ten opzichte van de lopende ongewenste
signalen die meegeregistreerd worden.
Een EP-onderzoek wordt om de volgende redenen toegepast:
- Detectie en lokalisatie van laesies in een bepaald systeem
- Gedetailleerd testen van een zintuig
- Bestudering van hogere, cognitieve functies door middel van ERPs.
Stimulatie
De intervallen tussen de stimuli kunnen niet willekeurig kort zijn omdat de gestimuleerde
(hersen)structuur tijd nodig heeft om zicht te herstellen. Indien de structuur geen tijd krijgt
om zich te herstellen treed er gewenning (habituatie) op in meestal de vorm van amplitude
vermindering.
Vroege componenten hebben in het algemeen een korte hersteltijd, late componenten een lange.
Voor de late componenten wordt er meestal gekozen voor een “random stimulusinterval”.
De tijdsinterval tussen de stimuli varieert op een willekeurige manier rond een gemiddelde.
Late componenten vertonen bij een variabele stimulusinterval minder snel habituatie.
Volumegeleiding
Begrip van lichaamsonderdelen als elektrische weerstandsnetwerken (volumegeleiders)
geeft inzicht in de relatie tussen de activiteit in de geactiveerde neurale of neuromusculaire
structuur en de potentiaalveranderingen op de huid.
Hoe verder een meetelektrode van de elektrische bron verwijderd is, des te kleiner en des te meer
uitgesmeerd is de verdeling van de elektrische potentiaal.
,Bewegende en niet-bewegende bronnen
Op de regel “”Hoe verder een meetelektrode van de elektrische bron verwijderd is, des te
kleiner en des te meer uitgesmeerd is de verdeling van de elektrische potentiaal.” Bestaat
een uitzondering die te maken heeft met het feit dat er een combinatie is van een bron en
volumegeleider, waarbij de potentiaal niet altijd kleiner wordt met toenemende afstand.
Wanneer de bron een dipool is en de vorm van de volumegeleider langgerekt is treden er
potentiaalvelden op die niet afnemen met een groter wordende afstand tussen de bron en
elektrode >> zogenaamde “far-field potentialen” worden met name beschreven bij vroege
SEP-componenten.
Registratietechnieken
➢ Filteren
Veel aspecten zijn bedoeld om een zo hoog mogelijk signaalniveau te krijgen in vergelijking
met de ongewenste rest van de activiteit. Bij EPs is signaalmiddeling de meest in het oog
springende techniek. Filteren is een belangrijke aanvulling hierop, omdat daarmee alleen de
frequenties worden doorgelaten die relevante fysiologische informatie bevatten over het EP-
component.
De informatie zit meestal in een bepaalde frequentieband. Met filters worden frequenties
buiten deze band (afsnijfrequenties) onderdrukt.
In afbeelding 3 is een banddoorlaatfilter
weergegeven met
hoogdoorlaatfrequentie 𝒇𝑳 en
laagdoorlaatfrequentie 𝒇𝑯 .
De steilheid van het filter (eenheid dB per octaaf) geeft aan hoe snel de overgang is. Een
belangrijke consequentie van filteren is dat een signaal tijdvertraging oploopt. De
tijdvertraging kan per frequentie verschillen, waardoor er ook vervorming van het signaal
kan optreden.
Een toename in zowel de hoog- als laagdoorlaatfrequentie kan een verkorting van de latentie
teweegbrengen en omgekeerd. Standaardisatie van filtertypes en filterstanden is daarom zeer
belangrijk.
Er wordt gesproken over digitale filtering zodra filtering in de computer wordt uitgevoerd
en niet in de elektronica. Hiermee kunnen tijdsvertragingen voorkomen worden. Hierbij is
smoothen erg bekend. Smoothen is het uitvoeren van een extra digitale
laagdoorlaatfiltering om het signaal er gladder uit te laten zien. Er kan hierbij informatie
verloren gaan, daarom moet het uitsluitend in uitzonderingsgevallen worden toegepast.
, ➢ Analoog/Digitaal (A/D) conversie
De signalen moeten eerst worden bemonsterd voordat het in een computer bewerkt kan
worden. Een andere term hiervoor is analoog/digitaal conversie of digitaliseren.
Meestal gebeurt dit met vaste tijdsintervallen. Hoe vaak dit moet gebeuren hangt af van
welke de hoogste frequenties in het signaal zijn.
Een theoretische regel is dat een signaal met frequenties tot F Hz een bemonsteringsfrequentie van
minimaal 2 x F Hz (de Nyquisttheorema) nodig heeft.
Het niet rekening houden met de regel kan leiden tot ernstige signaalvervormingen dat
bekend staat als aliasing. Er ontstaan ‘spookfrequenties’ die niet uit het originele signaal
afkomstig zijn. Een bemonsteringsfrequentie van 2xf Hz is een absolute ondergrens.
Bij het bemonsteren moet ook voor de amplitude een bepaalde nauwkeurigheid gekozen
worden uitgedrukt in aantal bits (N bits wil zeggen 2𝑁 amplitudeniveaus). Met name de
signaal/ruis-verhouding in het signaal bepaalt hoe nauwkeurig deze amplituderesolutie
moet zijn.
➢ Middeling of averaging
Er moet in het ideale geval sprake zijn van een systeem dat op elke stimulus precies dezelfde
responsie geeft in golfvorm, amplitude en ook in latentie. Een dergelijk signaal noemt men
deterministisch.
Een EP-sessie moet niet te lang duren en de stimuluscondities moeten zo goed mogelijk
constant gehouden worden.
Bij middeling gaat men er van uit dat het achtergrondsignaal constante eigenschappen heeft
en dat de opgewekte EP daarbij wordt opgeteld.
➢ Artefacten
Bij vrijwel elke EP-meting is er sprake van het stimulusartefact. Deze ontstaat doordat de
stimulus potentiaalvelden of elektromagnetische velden opwekken die met elektroden
geregistreerd worden.
Bij metingen op het hoofd vormen de oogbewegingen en de oogknippers een belangrijke
vorm van storing die met middeling niet voldoende onderdrukt worden.
De meest gebruikte methode om artefacten te verwijderen is het overslaan van stukken EEG
waarin de artefacten voorkomen.
➢ Reproduceerbaarheid en betrouwbaarheid
De reproduceerbaarheid wordt getoetst donder onder identieke omstandigheden twee
middelingen na elkaar te verkrijgen en deze over elkaar te projecteren. Het nadeel is dat in
de loop van de registratie ongewenste veranderingen kunnen optreden.
Er bestaan diverse technieken om een indruk te krijgen over het ruisniveau van de
geregistreerde signalen.
Een “dummy average” wordt verkregen door een registratie te maken met losgekoppelde
stimulatie-elektroden. Er zou in dit geval een vlakke curve moeten ontstaan. Door
vergelijking van de dummy average met de ‘gewone’ middeling kunnen technische stimulus
gebonden artefacten opgespoord worden.
, Een “plus-minus average” wordt verkregen door responsies alternerend op te tellen en af te
trekken van het gemiddelde. Er wordt met name een indruk verkregen van het ruisniveau
buiten de aan de stimulus gebonden artefacten. Na het middelen in verschillende geheugens
van even en oneven responsies is het verkrijgen van de plus-minus average direct mogelijk
door aftrekken van die gemiddelden.
Wanneer activiteit in een interval voorafgaand aan de stimulus wordt meegemiddeld kan
het ruisniveau voorafgaande aan de stimulus worden geschat. Voor een goede beoordeling
dient het prestimulusinterval circa 20% van de gehele curve te bedragen.
Analyse EP-componenten
Een EP-signaal bestaat uit één of meer negatieve of positieve potentiaalveranderingen. Eén
zo’n potentiaalverandering wordt een component genoemd.
Een potentiaalverandering mag slechts als EP-
component worden beschouwd wanneer aan
drie essentiële voorwaarden is voldaan:
• de potentiaalverandering
dient reproduceerbaar te zijn
• de potentiaalverandering
dient boven het ruisniveau uit te komen
• de potentiaalverandering
dient geen artefact te zijn
Van een EP-component kan men de latentie en amplitude bepalen. De latentie is het
tijdsverschil tussen het moment van stimulatie en het tijdstip van begin (“onset”) of de top
van een component.
Het begin van een component is meestal moeilijk vast te stellen, daarom wordt meestal de
latentie naar de top bepaald. De amplitude van de top van een component kan worden
gemeten ten opzichte van de top van een vorige component, ten opzichte van de top van
een volgende component of ten opzichte van een basislijn.
Een Evoked Potential (EP) is een potentiaalverandering in het perifeer of centrale
zenuwstelsel of een spier ontstaat na stimulatie.
- Sensorische EPs ontstaan in het centrale of perifere zenuwstelsel na stimulatie
van een zintuig of de afferente vezels.
o Somatosensibele EP (SEP) ontstaat in het perifere of centrale
zenuwstelsel na elektrische of mechanische stimulatie van een huidzenuw
of gemengde zenuw
o Visuele EP (VEP) ontstaat in de hersenschors na visuele stimulatie van de
retina
o Brainstem Auditory (BAEP) & (corticale) Auditory EP (AEP) ontstaan de
hersenstam en de hersenschors na stimulatie van het gehoororgaan.
- Motor EPs ontstaan in een spier na stimulatie van de motorische hersenschors of
motorische wortels.
- Event Related EPs ontstaan in de hersenen als gevolg van de voorbereiding op
een motorische responsie of de verdere verwerking van een sensorische prikkel.
De latentie en vorm van een EP hangen af van de sterkte en kwaliteit van de gegeven prikkel.
Sensorische EPs en ERPs hebben een kleine amplitude ten opzichte van de lopende ongewenste
signalen die meegeregistreerd worden.
Een EP-onderzoek wordt om de volgende redenen toegepast:
- Detectie en lokalisatie van laesies in een bepaald systeem
- Gedetailleerd testen van een zintuig
- Bestudering van hogere, cognitieve functies door middel van ERPs.
Stimulatie
De intervallen tussen de stimuli kunnen niet willekeurig kort zijn omdat de gestimuleerde
(hersen)structuur tijd nodig heeft om zicht te herstellen. Indien de structuur geen tijd krijgt
om zich te herstellen treed er gewenning (habituatie) op in meestal de vorm van amplitude
vermindering.
Vroege componenten hebben in het algemeen een korte hersteltijd, late componenten een lange.
Voor de late componenten wordt er meestal gekozen voor een “random stimulusinterval”.
De tijdsinterval tussen de stimuli varieert op een willekeurige manier rond een gemiddelde.
Late componenten vertonen bij een variabele stimulusinterval minder snel habituatie.
Volumegeleiding
Begrip van lichaamsonderdelen als elektrische weerstandsnetwerken (volumegeleiders)
geeft inzicht in de relatie tussen de activiteit in de geactiveerde neurale of neuromusculaire
structuur en de potentiaalveranderingen op de huid.
Hoe verder een meetelektrode van de elektrische bron verwijderd is, des te kleiner en des te meer
uitgesmeerd is de verdeling van de elektrische potentiaal.
,Bewegende en niet-bewegende bronnen
Op de regel “”Hoe verder een meetelektrode van de elektrische bron verwijderd is, des te
kleiner en des te meer uitgesmeerd is de verdeling van de elektrische potentiaal.” Bestaat
een uitzondering die te maken heeft met het feit dat er een combinatie is van een bron en
volumegeleider, waarbij de potentiaal niet altijd kleiner wordt met toenemende afstand.
Wanneer de bron een dipool is en de vorm van de volumegeleider langgerekt is treden er
potentiaalvelden op die niet afnemen met een groter wordende afstand tussen de bron en
elektrode >> zogenaamde “far-field potentialen” worden met name beschreven bij vroege
SEP-componenten.
Registratietechnieken
➢ Filteren
Veel aspecten zijn bedoeld om een zo hoog mogelijk signaalniveau te krijgen in vergelijking
met de ongewenste rest van de activiteit. Bij EPs is signaalmiddeling de meest in het oog
springende techniek. Filteren is een belangrijke aanvulling hierop, omdat daarmee alleen de
frequenties worden doorgelaten die relevante fysiologische informatie bevatten over het EP-
component.
De informatie zit meestal in een bepaalde frequentieband. Met filters worden frequenties
buiten deze band (afsnijfrequenties) onderdrukt.
In afbeelding 3 is een banddoorlaatfilter
weergegeven met
hoogdoorlaatfrequentie 𝒇𝑳 en
laagdoorlaatfrequentie 𝒇𝑯 .
De steilheid van het filter (eenheid dB per octaaf) geeft aan hoe snel de overgang is. Een
belangrijke consequentie van filteren is dat een signaal tijdvertraging oploopt. De
tijdvertraging kan per frequentie verschillen, waardoor er ook vervorming van het signaal
kan optreden.
Een toename in zowel de hoog- als laagdoorlaatfrequentie kan een verkorting van de latentie
teweegbrengen en omgekeerd. Standaardisatie van filtertypes en filterstanden is daarom zeer
belangrijk.
Er wordt gesproken over digitale filtering zodra filtering in de computer wordt uitgevoerd
en niet in de elektronica. Hiermee kunnen tijdsvertragingen voorkomen worden. Hierbij is
smoothen erg bekend. Smoothen is het uitvoeren van een extra digitale
laagdoorlaatfiltering om het signaal er gladder uit te laten zien. Er kan hierbij informatie
verloren gaan, daarom moet het uitsluitend in uitzonderingsgevallen worden toegepast.
, ➢ Analoog/Digitaal (A/D) conversie
De signalen moeten eerst worden bemonsterd voordat het in een computer bewerkt kan
worden. Een andere term hiervoor is analoog/digitaal conversie of digitaliseren.
Meestal gebeurt dit met vaste tijdsintervallen. Hoe vaak dit moet gebeuren hangt af van
welke de hoogste frequenties in het signaal zijn.
Een theoretische regel is dat een signaal met frequenties tot F Hz een bemonsteringsfrequentie van
minimaal 2 x F Hz (de Nyquisttheorema) nodig heeft.
Het niet rekening houden met de regel kan leiden tot ernstige signaalvervormingen dat
bekend staat als aliasing. Er ontstaan ‘spookfrequenties’ die niet uit het originele signaal
afkomstig zijn. Een bemonsteringsfrequentie van 2xf Hz is een absolute ondergrens.
Bij het bemonsteren moet ook voor de amplitude een bepaalde nauwkeurigheid gekozen
worden uitgedrukt in aantal bits (N bits wil zeggen 2𝑁 amplitudeniveaus). Met name de
signaal/ruis-verhouding in het signaal bepaalt hoe nauwkeurig deze amplituderesolutie
moet zijn.
➢ Middeling of averaging
Er moet in het ideale geval sprake zijn van een systeem dat op elke stimulus precies dezelfde
responsie geeft in golfvorm, amplitude en ook in latentie. Een dergelijk signaal noemt men
deterministisch.
Een EP-sessie moet niet te lang duren en de stimuluscondities moeten zo goed mogelijk
constant gehouden worden.
Bij middeling gaat men er van uit dat het achtergrondsignaal constante eigenschappen heeft
en dat de opgewekte EP daarbij wordt opgeteld.
➢ Artefacten
Bij vrijwel elke EP-meting is er sprake van het stimulusartefact. Deze ontstaat doordat de
stimulus potentiaalvelden of elektromagnetische velden opwekken die met elektroden
geregistreerd worden.
Bij metingen op het hoofd vormen de oogbewegingen en de oogknippers een belangrijke
vorm van storing die met middeling niet voldoende onderdrukt worden.
De meest gebruikte methode om artefacten te verwijderen is het overslaan van stukken EEG
waarin de artefacten voorkomen.
➢ Reproduceerbaarheid en betrouwbaarheid
De reproduceerbaarheid wordt getoetst donder onder identieke omstandigheden twee
middelingen na elkaar te verkrijgen en deze over elkaar te projecteren. Het nadeel is dat in
de loop van de registratie ongewenste veranderingen kunnen optreden.
Er bestaan diverse technieken om een indruk te krijgen over het ruisniveau van de
geregistreerde signalen.
Een “dummy average” wordt verkregen door een registratie te maken met losgekoppelde
stimulatie-elektroden. Er zou in dit geval een vlakke curve moeten ontstaan. Door
vergelijking van de dummy average met de ‘gewone’ middeling kunnen technische stimulus
gebonden artefacten opgespoord worden.
, Een “plus-minus average” wordt verkregen door responsies alternerend op te tellen en af te
trekken van het gemiddelde. Er wordt met name een indruk verkregen van het ruisniveau
buiten de aan de stimulus gebonden artefacten. Na het middelen in verschillende geheugens
van even en oneven responsies is het verkrijgen van de plus-minus average direct mogelijk
door aftrekken van die gemiddelden.
Wanneer activiteit in een interval voorafgaand aan de stimulus wordt meegemiddeld kan
het ruisniveau voorafgaande aan de stimulus worden geschat. Voor een goede beoordeling
dient het prestimulusinterval circa 20% van de gehele curve te bedragen.
Analyse EP-componenten
Een EP-signaal bestaat uit één of meer negatieve of positieve potentiaalveranderingen. Eén
zo’n potentiaalverandering wordt een component genoemd.
Een potentiaalverandering mag slechts als EP-
component worden beschouwd wanneer aan
drie essentiële voorwaarden is voldaan:
• de potentiaalverandering
dient reproduceerbaar te zijn
• de potentiaalverandering
dient boven het ruisniveau uit te komen
• de potentiaalverandering
dient geen artefact te zijn
Van een EP-component kan men de latentie en amplitude bepalen. De latentie is het
tijdsverschil tussen het moment van stimulatie en het tijdstip van begin (“onset”) of de top
van een component.
Het begin van een component is meestal moeilijk vast te stellen, daarom wordt meestal de
latentie naar de top bepaald. De amplitude van de top van een component kan worden
gemeten ten opzichte van de top van een vorige component, ten opzichte van de top van
een volgende component of ten opzichte van een basislijn.
