Hoofdstuk 1: algemene aspecten van evoked potentials
Er zijn 3 typen EP’s:
1. Sensorische EP: SSEP, BAEP, VEP, EOG, ERG
2. Motorische EP
3. Event-related EP (ERP)
De somatosensibele evoked potential (SSEP of SEP) ontstaat in het perifere zenuwstelsel en in de
sensorische cortex van het centrale zenuwstelsel door het stimuleren van de zintuigcellen in de huid.
De brainstem auditory evoked potential (BAEP) ontstaat in de bijbehorende hersenzenuw, de
hersenstam en de auditieve cortex van het centrale zenuwstelsel door het stimuleren van het
gehoororgaan met geluidsstimuli.
De VEP ontstaat in de visuele cortex door het stimuleren van de retina met een verspringend zwart-
witschaakbordpatroon op een monitor (PVEP) of met lichtflitsen (FVEP).
Het elektroretinogram (ERG) en het elektro-oculogram (EOG) hebben beide hun oorsprong in de retina
en zijn te registreren door het stimuleren van de receptorcellen, staafjes en kegeltjes, in de retina. Bij
het ERG gaat het om de snelle potentiaalveranderingen van de retina door lichtflitsen en deze worden
vanaf de oogbol geregistreerd. Bij het ERG wordt het functioneren van de staafjes en kegeltjes
afzonderlijk getest. Bij het EOG gaat het om een geleidelijke potentiaalverandering van de gehele retina
onder invloed van licht en het EOG wordt geregistreerd via systematische oogbewegingen.
De MEP ontstaat in de spier na het stimuleren van de primaire motorische cortex of de motorische
wortel van het ruggenmerg.
- Centrale stimulatie: stimulatie van de primaire motorische cortex
- Perifere stimulatie: stimulatie van de motorische wortel.
De event-related evoked potential (ERP) ontstaat in het centrale zenuwstelsel door een specifieke
stimulus waarop gereageerd moet worden. Dit kan voorbereiding van een motorische reacties zijn, de
reactie zelf of het cognitief verwerken van een stimulus. Bij de ERP’s worden de hogere corticale functies
onderzocht.
Toepassingsgebieden van evoked-potentialonderzoek
- Detectie en lokalisatie van een laesie binnen een systeem
- Onderzoeken van een functie van een zintuig
- Bestuderen van hogere corticale functies (aandacht, informatieverwerking, reactievermogen,
etc.)
Modaliteit van een stimulus: het type stimulus (bv auditief, visueel).
1
,Het opwekken van een EP-stimulus heeft belangrijke parameters: kwaliteit, intensiteit en
herhalingsfrequentie.
1. Stimuluskwaliteit heeft betrekking op de aard van de stimulus. Een adequate stimulus hierbij is
die stimulus waarbij een receptor het meest gevoelig voor is en waarbij de minste intensiteit
nodig is om deze receptor te doen ontladen.
2. Stimulusintensiteit: de sterkte van de prikkel. Er is een bepaalde stimulusintensiteit nodig om
een reactie in de receptor op te wekken.
3. Herhalingsfrequentie van de stimulus: bij hoge herhalingsfrequentie volgen de stimuli elkaar
snel op en is het interval tussen 2 stimuli steeds korter. Bij een lage herhalingsfrequentie volgen
de stimuli elkaar op met een relatief groot interval ertussen. De hersteltijd van het
gestimuleerde systeem is ook belangrijk.
Bron van een potentiaalverandering: cellichaam van een neuron, axon van een neuron of een spiervezel.
Er is altijd sprake van een extracellulaire meting.
- SSEP: primaire sensibele cortex (= gyrus postcentralis (parietaalkwab))
- VEP: primaire visuele cortex van de occipitaalkwab
- BAEP: primaire auditieve cortex (= gyrus superior (temporaalkwab))
In deze cortex’en liggen piramidale neuronen die bestaan uit soma (diep in cortex) en een apicale
dendriet (die naar het cortexoppervlak loopt) en een axon (naar diepere dele cortex- naar binnen
gericht).
Na stimulatie van een zintuig zal een reeks van actiepotentialen eerst in de thalamus bij de
thalamocorticale neuronen aankomen. Hier vindt overschakeling op deze neuronen plaats en vervolgens
zullen de axonen van de thalamocorticale neuronen de actiepotentialen doorgeven aan de betreffende
piramidale neuronen in de cortex, die dan gaan depolariseren. Deze depolarisatie leidt tot een instroom
van positief geladen ionen in de cellichamen van de piramidale neuronen. Er ontstaat een stroomput:
hier stromen de positieve ionen naar binnen. Hoewel deze positieve ionen vanuit de hele omgeving
komen, is de ionenstroom vanuit het corticale oppervlak het sterkst. Dit komt omdat de ionen het
gemakkelijkst langs de evenwijdig georiënteerde en rechte apicale dendriet lopen. Aan het
cortexoppervlak ontstaat een stroombron: waar de positieve ionen vandaan komen.
Door depolarisatie keert na een aantal ms de ionenstroom om.
Een radiaire bron is een bron die loodrecht op het hoofdoppervlak staat. Een zuivere radiaire bron
manifesteert zich in rust aan de hoofdhuid als een positieve potentiaal. Bij depolarisatie ontstaat er een
negatieve potentiaalverandering. De plaats van de potentiaalverandering komt steeds overeen met de
plaats van de bron. Dit komt omdat van een radiaire bron slecht 1 uiteinde een potentiaalverandering
aan het hoofdoppervlak veroorzaakt.
Een tangentiële bron is een bron die evenwijdig aan het hoofdoppervlak loopt. Een zuivere
tangentiële bron zal zich aan het hoofdoppervlak manifesteren als een gebeid met een
stroombron en een stroomput, die gescheiden worden door een strook zonder potentiaal,
een equipotentiaal.
2
,Volumegeleiding: wanneer er een potentiaalverandering is plant die zich voor door het
lichaam door middel van ionenstromen.
Een algemeen principe bij volumegeleiding is dat hoe verder een afleidelektrode van de bron is
verwijdert des te kleiner en meer uitgesmeerd de verdeling van de potentiaalverandering is. Hier bij
kunnen slecht geleidende structuren tussen de bron en de afleidelektrode zorgen voor een sterkere
verkleining en uitsmering van de potentiaalverandering.
Er zijn 2 soorten potentiaalverandering die je op de huid kan registreren:
1. Nearfieldpotentialen ontstaan als gevolg van gelijktijdig ontlading van de neuronen in een bron.
Je kan deze alleen opvangen in de buurt van de bron. Kenmerken: ligt oppervlakkig, is op een
klein gebied te registreren, afleidelektroden moeten in de buurt zitten, de amplitude is relatief
hoog.
2. Farfieldpotentialen ontstaan als gevolg van het ontladen van geschakelde groepen neuronen
binnen de kern, waardoor er een stabiele potentiaalverandering ontstaat. Het signaal is van een
grotere afstand op te vangen. Kenmerken: bron ligt dieper (kernen in bv de hersenstam), is over
groot gebied te registreren, afleidelektroden kan je verder van de bron plaatsen, amplitude is
laaf: <1 uV.
Een bijzonder vorm van een farfieldpotentiaal is als gevolg van een moving source. Het actiepotentiaal
loopt langs een zenuw. Op meerdere plaatsen in het lichaam, veroorzaakt dit telkens opnieuw een
kleine potentiaal verandering. Elke keer dat het potentiaal overgaat naar ander weefsel/ structuur
ontstaat er een nieuwe meetbare potentiaalverandering.
Het EP-signaal is klein en ligt verborgen in:
EEG-activiteit
spieractiviteit
elektrische interferentie
Dit wordt samen ruis genoemd.
Oplossing: middelen (averaging)
Door herhaald stimuleren en middelen:
blijft het stimulus-gebonden signaal behouden
verdwijnt willekeurige ruis
Deterministisch vs stochastisch
EP-signaal: deterministisch signaal→ altijd hetzelfde na stimulus (bij een EP- zelfde vorm,
amplitude, latentie)
EEG-ruis: stochastisch signaal → willekeurig (ruis)
Hoe averaging werkt
1. Vaste epoche van de deterministische EP + het stochastische EEG, de ruis, worden steeds bij
elkaar opgeteld en gemiddeld.
2. Het deterministische EP-signaal is steeds hetzelfde: de amplitude zal dus groeien.
3. Het stochastische EEG wisselt voortdurendL de amplitudes zullen tegen elkaar wegvallen.
4. Het deterministische EP-signaal zal vervolgens boven het stochastische EEG-signaal uitkomen.
Wat gebeurt er bij A/D-conversie?
Een analoog signaal wordt:
in tijd gesampled
3
, in amplitude gekwantiseerd
Dit gebeurt met:
samplefrequentie
amplituderesolutie
Samplefrequentie: Dit is het aantal metingen per seconde (Hz).
Nyquist-theorema: Fsample= (minimaal) 2 x F max. signaal
Is de samplefrequentie te laag:
treedt aliasing (ernstige signaalvervorming) op
In de praktijk wordt vaak:
5–10 × de hoogste frequentie gebruikt
Amplituderesolutie (kwantisatie)= hoe fijn amplitudeverschillen worden weergegeven.
Aantal bits bepaalt het aantal niveaus:
12 bits → 4096 niveaus
16 bits → 65.536 niveaus
Meer bits → nauwkeuriger signaal
Te weinig bits → afrondingsfouten
Doel van filteren: onderdrukken van ongewenste frequenties en behouden van fysiologisch relevante
informatie
Banddoorlaatfilter
Laat alleen frequenties door:
tussen een lage en hoge afsnijfrequentie
Bijvoorbeeld:
laagfrequent filter → verwijdert drift
hoogfrequent filter → verwijdert spier- en netruis
Analoge vs digitale filtering
Analoge filtering
Gebeurt vóór digitalisatie
In de versterker
Digitale filtering
Gebeurt na digitalisatie
Flexibeler
Kan geen vervorming herstellen die al is ontstaan
Smoothen: signaal wordt verder bewerkt na filtering. Het is het gladstrijken van het signaal, door middel
van een extra hoogfrequente filtering.
Veelvoorkomende artefacten: spieractiviteit, oogbewegingen, slechte elektrodecontacten, beweging,
stimulusartefact.
Herkenbaar door: niet reproduceerbaar, onregelmatige vorm, verdwijnen bij herhaling.
Er bestaan verschillende manieren om een indruk te krijgen van het ruisniveau in een geregistreerd
signaal:
4
Er zijn 3 typen EP’s:
1. Sensorische EP: SSEP, BAEP, VEP, EOG, ERG
2. Motorische EP
3. Event-related EP (ERP)
De somatosensibele evoked potential (SSEP of SEP) ontstaat in het perifere zenuwstelsel en in de
sensorische cortex van het centrale zenuwstelsel door het stimuleren van de zintuigcellen in de huid.
De brainstem auditory evoked potential (BAEP) ontstaat in de bijbehorende hersenzenuw, de
hersenstam en de auditieve cortex van het centrale zenuwstelsel door het stimuleren van het
gehoororgaan met geluidsstimuli.
De VEP ontstaat in de visuele cortex door het stimuleren van de retina met een verspringend zwart-
witschaakbordpatroon op een monitor (PVEP) of met lichtflitsen (FVEP).
Het elektroretinogram (ERG) en het elektro-oculogram (EOG) hebben beide hun oorsprong in de retina
en zijn te registreren door het stimuleren van de receptorcellen, staafjes en kegeltjes, in de retina. Bij
het ERG gaat het om de snelle potentiaalveranderingen van de retina door lichtflitsen en deze worden
vanaf de oogbol geregistreerd. Bij het ERG wordt het functioneren van de staafjes en kegeltjes
afzonderlijk getest. Bij het EOG gaat het om een geleidelijke potentiaalverandering van de gehele retina
onder invloed van licht en het EOG wordt geregistreerd via systematische oogbewegingen.
De MEP ontstaat in de spier na het stimuleren van de primaire motorische cortex of de motorische
wortel van het ruggenmerg.
- Centrale stimulatie: stimulatie van de primaire motorische cortex
- Perifere stimulatie: stimulatie van de motorische wortel.
De event-related evoked potential (ERP) ontstaat in het centrale zenuwstelsel door een specifieke
stimulus waarop gereageerd moet worden. Dit kan voorbereiding van een motorische reacties zijn, de
reactie zelf of het cognitief verwerken van een stimulus. Bij de ERP’s worden de hogere corticale functies
onderzocht.
Toepassingsgebieden van evoked-potentialonderzoek
- Detectie en lokalisatie van een laesie binnen een systeem
- Onderzoeken van een functie van een zintuig
- Bestuderen van hogere corticale functies (aandacht, informatieverwerking, reactievermogen,
etc.)
Modaliteit van een stimulus: het type stimulus (bv auditief, visueel).
1
,Het opwekken van een EP-stimulus heeft belangrijke parameters: kwaliteit, intensiteit en
herhalingsfrequentie.
1. Stimuluskwaliteit heeft betrekking op de aard van de stimulus. Een adequate stimulus hierbij is
die stimulus waarbij een receptor het meest gevoelig voor is en waarbij de minste intensiteit
nodig is om deze receptor te doen ontladen.
2. Stimulusintensiteit: de sterkte van de prikkel. Er is een bepaalde stimulusintensiteit nodig om
een reactie in de receptor op te wekken.
3. Herhalingsfrequentie van de stimulus: bij hoge herhalingsfrequentie volgen de stimuli elkaar
snel op en is het interval tussen 2 stimuli steeds korter. Bij een lage herhalingsfrequentie volgen
de stimuli elkaar op met een relatief groot interval ertussen. De hersteltijd van het
gestimuleerde systeem is ook belangrijk.
Bron van een potentiaalverandering: cellichaam van een neuron, axon van een neuron of een spiervezel.
Er is altijd sprake van een extracellulaire meting.
- SSEP: primaire sensibele cortex (= gyrus postcentralis (parietaalkwab))
- VEP: primaire visuele cortex van de occipitaalkwab
- BAEP: primaire auditieve cortex (= gyrus superior (temporaalkwab))
In deze cortex’en liggen piramidale neuronen die bestaan uit soma (diep in cortex) en een apicale
dendriet (die naar het cortexoppervlak loopt) en een axon (naar diepere dele cortex- naar binnen
gericht).
Na stimulatie van een zintuig zal een reeks van actiepotentialen eerst in de thalamus bij de
thalamocorticale neuronen aankomen. Hier vindt overschakeling op deze neuronen plaats en vervolgens
zullen de axonen van de thalamocorticale neuronen de actiepotentialen doorgeven aan de betreffende
piramidale neuronen in de cortex, die dan gaan depolariseren. Deze depolarisatie leidt tot een instroom
van positief geladen ionen in de cellichamen van de piramidale neuronen. Er ontstaat een stroomput:
hier stromen de positieve ionen naar binnen. Hoewel deze positieve ionen vanuit de hele omgeving
komen, is de ionenstroom vanuit het corticale oppervlak het sterkst. Dit komt omdat de ionen het
gemakkelijkst langs de evenwijdig georiënteerde en rechte apicale dendriet lopen. Aan het
cortexoppervlak ontstaat een stroombron: waar de positieve ionen vandaan komen.
Door depolarisatie keert na een aantal ms de ionenstroom om.
Een radiaire bron is een bron die loodrecht op het hoofdoppervlak staat. Een zuivere radiaire bron
manifesteert zich in rust aan de hoofdhuid als een positieve potentiaal. Bij depolarisatie ontstaat er een
negatieve potentiaalverandering. De plaats van de potentiaalverandering komt steeds overeen met de
plaats van de bron. Dit komt omdat van een radiaire bron slecht 1 uiteinde een potentiaalverandering
aan het hoofdoppervlak veroorzaakt.
Een tangentiële bron is een bron die evenwijdig aan het hoofdoppervlak loopt. Een zuivere
tangentiële bron zal zich aan het hoofdoppervlak manifesteren als een gebeid met een
stroombron en een stroomput, die gescheiden worden door een strook zonder potentiaal,
een equipotentiaal.
2
,Volumegeleiding: wanneer er een potentiaalverandering is plant die zich voor door het
lichaam door middel van ionenstromen.
Een algemeen principe bij volumegeleiding is dat hoe verder een afleidelektrode van de bron is
verwijdert des te kleiner en meer uitgesmeerd de verdeling van de potentiaalverandering is. Hier bij
kunnen slecht geleidende structuren tussen de bron en de afleidelektrode zorgen voor een sterkere
verkleining en uitsmering van de potentiaalverandering.
Er zijn 2 soorten potentiaalverandering die je op de huid kan registreren:
1. Nearfieldpotentialen ontstaan als gevolg van gelijktijdig ontlading van de neuronen in een bron.
Je kan deze alleen opvangen in de buurt van de bron. Kenmerken: ligt oppervlakkig, is op een
klein gebied te registreren, afleidelektroden moeten in de buurt zitten, de amplitude is relatief
hoog.
2. Farfieldpotentialen ontstaan als gevolg van het ontladen van geschakelde groepen neuronen
binnen de kern, waardoor er een stabiele potentiaalverandering ontstaat. Het signaal is van een
grotere afstand op te vangen. Kenmerken: bron ligt dieper (kernen in bv de hersenstam), is over
groot gebied te registreren, afleidelektroden kan je verder van de bron plaatsen, amplitude is
laaf: <1 uV.
Een bijzonder vorm van een farfieldpotentiaal is als gevolg van een moving source. Het actiepotentiaal
loopt langs een zenuw. Op meerdere plaatsen in het lichaam, veroorzaakt dit telkens opnieuw een
kleine potentiaal verandering. Elke keer dat het potentiaal overgaat naar ander weefsel/ structuur
ontstaat er een nieuwe meetbare potentiaalverandering.
Het EP-signaal is klein en ligt verborgen in:
EEG-activiteit
spieractiviteit
elektrische interferentie
Dit wordt samen ruis genoemd.
Oplossing: middelen (averaging)
Door herhaald stimuleren en middelen:
blijft het stimulus-gebonden signaal behouden
verdwijnt willekeurige ruis
Deterministisch vs stochastisch
EP-signaal: deterministisch signaal→ altijd hetzelfde na stimulus (bij een EP- zelfde vorm,
amplitude, latentie)
EEG-ruis: stochastisch signaal → willekeurig (ruis)
Hoe averaging werkt
1. Vaste epoche van de deterministische EP + het stochastische EEG, de ruis, worden steeds bij
elkaar opgeteld en gemiddeld.
2. Het deterministische EP-signaal is steeds hetzelfde: de amplitude zal dus groeien.
3. Het stochastische EEG wisselt voortdurendL de amplitudes zullen tegen elkaar wegvallen.
4. Het deterministische EP-signaal zal vervolgens boven het stochastische EEG-signaal uitkomen.
Wat gebeurt er bij A/D-conversie?
Een analoog signaal wordt:
in tijd gesampled
3
, in amplitude gekwantiseerd
Dit gebeurt met:
samplefrequentie
amplituderesolutie
Samplefrequentie: Dit is het aantal metingen per seconde (Hz).
Nyquist-theorema: Fsample= (minimaal) 2 x F max. signaal
Is de samplefrequentie te laag:
treedt aliasing (ernstige signaalvervorming) op
In de praktijk wordt vaak:
5–10 × de hoogste frequentie gebruikt
Amplituderesolutie (kwantisatie)= hoe fijn amplitudeverschillen worden weergegeven.
Aantal bits bepaalt het aantal niveaus:
12 bits → 4096 niveaus
16 bits → 65.536 niveaus
Meer bits → nauwkeuriger signaal
Te weinig bits → afrondingsfouten
Doel van filteren: onderdrukken van ongewenste frequenties en behouden van fysiologisch relevante
informatie
Banddoorlaatfilter
Laat alleen frequenties door:
tussen een lage en hoge afsnijfrequentie
Bijvoorbeeld:
laagfrequent filter → verwijdert drift
hoogfrequent filter → verwijdert spier- en netruis
Analoge vs digitale filtering
Analoge filtering
Gebeurt vóór digitalisatie
In de versterker
Digitale filtering
Gebeurt na digitalisatie
Flexibeler
Kan geen vervorming herstellen die al is ontstaan
Smoothen: signaal wordt verder bewerkt na filtering. Het is het gladstrijken van het signaal, door middel
van een extra hoogfrequente filtering.
Veelvoorkomende artefacten: spieractiviteit, oogbewegingen, slechte elektrodecontacten, beweging,
stimulusartefact.
Herkenbaar door: niet reproduceerbaar, onregelmatige vorm, verdwijnen bij herhaling.
Er bestaan verschillende manieren om een indruk te krijgen van het ruisniveau in een geregistreerd
signaal:
4
