4.5.2(2). Auditieve ‘Evoked Potentials’ van hogere centra

Bij het schrijven van dit hoofdstuk is mede gebruik gemaakt van de bijdrage van R. Schoonhoven aan de Boerhave Cursus, KNO-Audiologie, Academisch Ziekenhuis Leiden, 1996.

In 2007 is een nieuw ‘handboek’ over de ‘Evoked Potentials’ verschenen: Burkard RF, Don M, Eggermont JJ (Eds), ‘Auditory Evoked Potentials. Basic Principles and clinical application’. Lippincott, Williams & Wilkins. Baltimore, 2007.

4.5.2.1(2) Inleiding en overzicht

Wanneer de zintuigen een stimulus ontvangen treedt er in de hersenen elektrische activiteit op die aan deze stimulatie gerelateerd is. Bij een stimulus moet men denken aan een klik of flits, de oproep tot herkenning van een bepaald voorwerp in een omgeving en een plotselinge verandering in een geluid dat men hoort. De gemeten elektrische signalen die in tijd en grootte gekoppeld zijn aan een stimulatie heten ‘Evoked Potentials’ (EP’s). De EP’s die optreden na het aanbieden van een auditieve stimulus heten auditieve ‘Evoked Potentials’ (AEP’s), of – in het Engels – ‘Auditory Evoked Potentials’.

‘Evoked Potentials’ (EP’s) worden soms ook wel ‘Event Related Potentials’ (ERP’s) genoemd. In algemene zin is elke sensorische of motorische prikkel die een elektrisch signaal ‘oproept’ een event (‘gebeurtenis’). In dit hoofdstuk is er echter voor gekozen de term ‘Event Related Potentials’ (ERP’s) te reserveren voor een specifieke categorie Evoked Potentials’s (zie verder).

De indeling van de Evoked Potentials en de hoofdstukken en paragrafen in Rubriek 4 waar ze besproken worden zijn weergegeven in Tabel I.

AEP’s als responsie op een korte stimulus hebben in totaal een duur tot 1000 ms (1 s). Fig.1  geeft een illustratie van een AEP bij stimulatie met een klik.

De AEP’s worden meestal afgeleid van de bovenkant van de schedel (de ‘vertex’) met de referentie-elektrode op het mastoïd en de aardelektrode op het voorhoofd. Responsies op een enkele klik zijn zeer klein (enkele μV’s) en liggen verscholen in het achtergrondsignaal (‘ruis’ genoemd). Responsies als afgebeeld in Fig.1 worden verkregen door een klik een groot aantal malen aan te bieden en de afzonderlijke responsies te middelen. Het resultaat is een ‘ruisvrije’ responsie op één klik. De middelingstechnieken worden uitgebreid besproken in Par.4 van Hfdst.4.5.1(2). De amplitude van de potentialen varieert van 2 tot 10 μV voor corticale AEP’s, tot minder dan 1 μV voor de dieper gelegen structuren van de hersenstam.

Elk van de toppen en dalen in een responsie heeft een ‘latentietijd’. De latentietijd is de tijd tussen de presentatie van de stimulus en het optreden van de betreffende piek of het betreffende dal. De latentietijd van b.v. piek N₂ in Fig.1 is dus ongeveer 400 ms.

De Auditieve Evoked Potentials (AEP’s) zijn afkomstig van de verschillende kernen van het auditieve systeem. Dit zijn de Nervus VIII (de gehoorzenuw), de auditieve hersenstam en de auditieve cortex. Hoe verder men dus in Fig.1 naar rechts gaat, d.w.z. hoe langer het geleden is dat de stimulus begon, hoe meer de responsies afkomstig zijn van verwerkingscentra in de centrale (corticale) delen van het auditieve systeem. Men maakt in dit verband onderscheid tussen ‘exogene’ responsies die (alleen) gegenereerd worden door de fysische eigenschappen van de stimulus en ‘endogene’ responsies, afkomstig van de primaire auditieve cortex, die (mede) een weergave zijn van of beïnvloed worden door centrale processen zoals de mate van wakkerheid van de luisteraar en de mate van gewenning aan de stimuli. De hersenstamresponsies en de Middle Latency Responses zijn alle exogeen .

De naamgeving van de typen AEP’s in Fig.1 (en in Tabel I) is grotendeels gebaseerd op een verdeling van de totale responsie in drie ‘latentiegebieden’ en weergegeven in Tabel II.

In de lijst van AEP’s in Tabel I bevinden zich verder nog twee typen die enigszins apart staan, namelijk de frequentiespecifieke ABR en de Auditory Steady State Responses (ASSR).

Bij de frequentiespecifieke ABR zijn de stimuli korte toonstootjes waarvan de frequenties overeenkomen met de (hogere) audiometrische frequenties. De toonstootjes geven, net zoals de kliks, responsies in het 0 – 10 ms latentiegebied. Voor het meten van deze responsies wordt de relatief duidelijke top V gebruikt.

Het tweede op zichzelf staande type AEP is de ASSR, vroeger ‘Amplitude Modulation Following Response’ (AMFR) genoemd, is in feite een Middle Latency Response (MLR). Er wordt echter gestimuleerd met continue (vandaar ‘steady state’) amplitudegemoduleerde signalen. De modulatiefrequenties liggen ruwweg tussen 20 en 100 Hz. De draaggolffrequenties zijn de (hogere) audiometrische frequenties. De responsies liggen in het MLR gebied.

De eigenschappen en het gebruik van de verschillende typen MLR en LLR uit Tabel I worden in het vervolg van dit hoofdstuk besproken. De ABR typen (klik- en toonstimulus) komen uitvoerig aan de orde in Hfdst.4.5.1(2) en de ASSR in Hfdst.4.5.3. Een belangrijk aspect bij de bespreking is het nut van de verschillende typen AEP’s voor het bepalen van gehoordrempels en voor de differentiaaldiagnostiek.

4.5.2.2(2) Middle Latency Responses (MLR)

Algemeen
De Middle Latency Response (MLR) – bij stimulatie met kliks – bestaat uit een reeks pieken en dalen aangeduid als P₀, N_a, P_a, N_b en P_b (P₁) (Fig.1) met latenties tussen 10 en 50 ms. Tabel III geeft de latenties van de verschillende pieken.

Algemeen wordt aangenomen dat de N_a piek gegenereerd wordt in de ‘hogere’ kernen van de hersenstam en de P_a, N_b en P_b pieken in of direct onder de auditieve cortex.

Stimulatie en registratie
Voor een goed begrip van de eigenschappen van de MLR is het nodig te vermelden dat in het algemeen de grootte en de vorm van de responsies beïnvloed worden enerzijds door de kenmerken van de stimulus (stimulusparameters) en anderzijds door de fysieke en psychische toestand van de proefpersoon, c.q. patiënt. Wat het eerste betreft kan men denken aan de stijg- en daaltijden van de stimuli en aan hun herhalingsfrequentie. Wat het tweede betreft speelt de mate waarin een patiënt wakker is een belangrijke rol. Een derde factor is of men bij een onderzoek te maken heeft met volwassen dan wel met jonge kinderen. Bij kinderen is het meestal niet gemakkelijk de aandacht over langere tijd stabiel te houden.

De stimuli zijn als regel kliks (100 ms) of korte toonstootjes (2-1-2). Deze worden op de gebruikelijke manier aangeboden, via een hoofdtelefoon, een inserttelefoon of in het vrije veld, op een geluidsniveau van 75-80 dBnHL (niet bij drempelbepalingen). De herhalingsfrequentie is (teneinde adaptatie te vermijden, zie Hfdst.4.5.1(2), Par.3) 5/s (maximaal 11/s) voor volwassenen, maar kleiner (2-3/s) voor kinderen, afhankelijk van de grootte van de N_a-P_aresponsies . Meestal wordt de rarefaction polariteit toegepast.

Voor het registreren van de responsies worden zilver-zilverchloride of vergulde EEG-elektroden gebruikt. Deze worden op de schedel geplakt met behulp van elektrodepasta. Bij het weergeven van de plaatsen op de schedel waar de elektroden zijn aangebracht wordt het internationaal gestandaardiseerde ‘10-20 systeem’ toegepast. De responsies worden als regel afgeleid van de vertex (Cz), de referentie-elektrode bevindt zich op een mastoïd (M1-links, M2-rechts) of oorlel (A1-links, A2-rechts) en de aardelektrode is bevestigd op het voorhoofd (de frontale pool (Fpz). Als maat voor de grootte van de MLR wordt meestal het amplitudeverschil tussen de pieken P_a en N_b genomen. Piek P_b bevindt zich op de grens met de Long Latency Responses (P₁ van de LLR) en wordt beïnvloed door de fysieke en psychische toestand van de proefpersoon, c.q. de patiënt. Een gebruikelijke filterinstelling is 5 – 1500 Hz. De ‘hoge’ afsnijfrequentie hierin zorgt ervoor dat de pieken in de responsies de maximale amplitude bereiken zonder dat er teveel fijnstructuur zichtbaar is. De ‘lage’ afsnijfrequentie zorgt ervoor dat er voldoende lage frequenties worden geregistreerd zodat het gewenste tijdvenster (10 – 50 ms) wordt verkregen.

Het belangrijkste artefact bij de registratie van de MLR is het aantrekken van het spiertje achter de oorschelp, de ‘Musculus Auricularis Posterior’, in het Engels de ‘Post Auricular Muscle Reflex’ (PAMR). Deze spier (Fig.2) wordt geactiveerd bij het aanbieden van harde geluiden. Het daaraan gekoppelde electromyogram (EMG) bevat een sterke (5 μV) negatieve piek. Deze heeft tot gevolg (één van de elektroden bevindt zich op het mastoïd) dat de latentie van de N_b piek verschuift van 35 naar 45 ms. Dit betekent een volledige verstoring van het normale beeld van de MLR.

Dit artefact wordt onderdrukt door de referentie-elektrode op de oorlel te plaatsen en niet op het mastoïd, zoals bij de afleiding van de ABR. Andere artefacten, zoals oogbewegingen en het knipperen van de ogen, spelen geen grote rol. De artefactonderdrukking wordt zo gekozen dat ongeveer 10% van de aanbiedingen onder rustige omstandigheden niet wordt gebruikt. Bij de metingen is het van belang de mate van wakkerheid van de proefpersoon c.q. patiënt stabiel te houden. Dit stabiel houden van die wakkerheid is vooral van belang wanneer er normwaarden worden bepaald, b.v. bij kinderen van verschillende leeftijden.

Herkomst pieken
Aangenomen wordt dat de ‘latere’ delen van de MLR, zoals de P_a en de N_b afkomstig zijn van de thalamus, gelegen boven het corpus geniculatum mediale, onder de cortex (zie ook Hfdst.3.3.1) en van de cortex. Het vroegere (eerste) deel van de MLR denkt men gegenereerd in het ventrale deel corpus geniculatum mediale. Het is waarschijnlijk dat een bepaalde piek of een bepaald deel van de responsie samengesteld is uit de bijdragen van meerdere bronnen.

Diagnostisch belang
Het gebruik van de MLR, voor objectieve audiometrie, bij stimulatie met korte toonstootjes, heeft geen algemene toepassing gevonden. De belangrijkste reden is de variabiliteit in de grootte van de responsies bij kinderen tot 10 jaar in het algemeen. Dit geldt zowel intra-individueel, samenhangend met de fysieke toestand van het kind, als interindividueel, waar mogelijk een relatie met ‘rijping’ aanwezig is. De tweede reden is de lange meetduur, als gevolg van de lage repetitiefrequentie van de stimulus die vereist is om adaptatie te voorkomen. Verder zijn de elektromyografische signalen op de elektroden als gevolg van de zoeven genoemde PAM-reflex en van het aantrekken van de nekspieren zeer variabel over individuen en ook binnen één individu. Deze praktische meetprobleem maken de MLR onbetrouwbaar voor bepaling van de gehoordrempel.

Een nut van de MLR voor het opsporen en diagnosticeren van stoornissen is echter wel aanwezig, als men tenminste rekening houdt met invloeden op de grootte van de MLR van parameters als concentratie en leeftijd. Tot nu toe heeft men vooral gezocht naar de beïnvloeding van de MLR door algemene, niet gehoorspecifieke, aandoeningen en factoren, zoals epilepsie, stotteren, leermoeilijkheden, de ‘diepte’ van de anesthesie en het luisteren naar muziek. Ook lijken er afwijkende MLR’s op te treden bij auditieve verwerkingsproblemen (‘Auditory Processing Disorders’ – APD – zie Hfdst.8.3.11). De uitkomsten van de vele en diverse onderzoeken hebben echter tot nu toe geen eenduidige en algemeen geldende verbanden aan het licht gebracht.

4.5.2.3(2) Long Latency Responses (LLR)

Algemeen
De Long Latency Response (LLR) – bij stimulatie met kliks – bestaat uit een reeks pieken en dalen aangeduid als P₁ (=P_b), N₁, P₂, N₂, P₃ (P300) en N₄ (N400), zoals afgebeeld in Fig.3. . Tabel IV geeft de latenties van de verschillende pieken. Deze pieken zijn afkomstig van afzonderlijke gebieden in het centrale auditieve systeem en worden diagnostisch voor verschillende doeleinden onderzocht of gebruikt.

De pieken P₁ (=P_b), N₁, P₂ en N₂ (ook ‘langzame vertex potentialen’ genoemd) zijn waarschijnlijk grotendeels van exogene aard . De grootte, de vorm en de latentie van de pieken wordt hierbij (alleen) bepaald door de (fysische) kenmerken van de stimulus (stimulusparameters). De P300 en de N400 zijn endogeen. Deze worden slechts in beperkte mate beïnvloed door stimulusparameters. Voor deze potentalen wordt specifiek de term ‘Event Related Potentials’ gebruikt. Ze zijn een product van centrale verwerkingsprocessen (associatieve en cognitieve processen) .

Endogene Event Related Potentials treden op wanneer in een reeks identieke stimuli of in een reeks stimuli uit éénzelfde klasse zo nu en dan niet in het verwachtingspatroon passende stimuli worden aangeboden. Auditief kunnen dat tonen zijn van afwijkende frequentie (of intensiteit) te midden van een reeks tonen van dezelfde frequentie (of intensiteit). Andere voorbeelden zijn het luisteren naar het voorlezen van een stuk (normale ) tekst waarin van tijd tot tijd nonsenswoorden of grammaticale inconsistenties zijn geplaatst en het luisteren naar het voorlezen van reeksen woorden uit dezelfde semantische klasse waarin zo nu en dan woorden uit een afwijkende klasse voorkomen. Bij een patiënt met een cochleair implantaat kan men denken aan stimulatie met een andere elektrode of andere stroomsterkte. Men noemt deze methode om Endogene Event Related Potentials op te wekken het ’odd-ball’ paradigma (Fig.4). De afwijkende stimulus is steeds de doelstimulus waarvoor de responsie wordt gemeten. Deze endogene potentialen kunnen ook gegenereerd worden met visuele stimulatie b.v. door in een reeks visuele patronen afwijkende afbeeldingen in te voegen.

De Long Latency Responses (LLR’s) zijn , net zo als de MLR’s, erg gevoelig voor de waaktoestand van de patiënt en ook nog voor het al of niet aandachtig luisteren naar de stimulus. Om die reden krijgt de patiënt een op de taak gerichte opdracht, zoals het tellen van de niet-frequente (S2) stimuli of het drukken op een knop bij optreden ervan. Omdat dit bij kinderen tot 4 jaar niet eenvoudig te conditioneren valt en de responsies voor de verschillende stadia in natuurlijke slaap niet dezelfde vorm hebben, zijn deze late corticale pieken niet bruikbaar voor audiometrie. Ze worden soms wél gebruikt om vast te stellen of de cortex überhaupt actief is na geluidsaanbod. Bij dit laatste dient men er rekening mee te houden dat de responsies pas meetbaar zijn na een zekere rijping van het auditieve systeem, waarbij de cortex geleerd moet hebben te luisteren.

Er is voor de LLR’s, m.n. de ‘latere’, een scala aan potentiële toepassingsmogelijkheden, zoals het onderzoek van centraal auditieve (taal)stoornissen, cochleaire implantatie (zie verder) en degradatie van de centraal auditieve verwerking bij veroudering (dementie, Alzheimer).

Een type responsie dat enigszins afwijkt van de voorafgaande reeks pieken is de ‘Mismatch Negativity Response’ (MMN). Hierbij wordt voor het latentiegebied 200-300 ms het verschilbepaald tussen de responsie op de (afwijkende) doelstimulus en die op de homogene standaardstimulus . Men kan hier denken aan een specifiek klankpatroon dat van tijd tot tijd ‘opduikt’ in een reeks achtergrondgeluiden. De MMN is een exogene responsie.

De eigenschappen en de klinische toepassingsmogelijkheden van de LLR componenten P1-N1-P2, P300 en MMN worden afzonderlijk besproken.

P1-N1-P2
Het P1-N1-P2 complex (zie Fig.3) wordt geregistreerd bij stimulatie met toonstoten, spraak of (andere) complexe geluidsstimuli bij een herhalingsfrequentie van 1 á 2/s. De amplitude van de pieken is sterk afhankelijk van de alertheid van de proefpersoon of patiënt. Wanneer de aandacht verslapt nemen de amplitudes af, de latenties toe en verandert de vorm van de responsies. Registratie tijdens slaap is dus niet zinvol. In de vorm van het P1-N1-P2 complex is een duidelijke ontwikkeling met de leeftijd te zien. De definitieve vorm wordt pas met de volwassenheid bereikt.

De amplitude van het P1-N1-P2 complex kan in principe gebruikt worden voor de bepaling van audiometrische drempels. Dit gebruik is echter niet zinvol, omdat andere methoden betrouwbaarder zijn, gemakkelijker uit te voeren en minder beïnvloed worden door de psychische toestand van de patiënt. Bij de MLR was dit ook al het geval. De methode kan echter wél toegepast worden – rekening houdend met de leeftijd en de wakkerheid van de te onderzoeken persoon – om na te gaan in welke mate de auditieve cortex in staat is bepaalde klankaspecten in complexe geluiden en spraak te horen of te discrimineren. Een voorbeeld hiervan is het meten van de verbetering van het horen van de aanwezigheid van een stembandtrilling (‘Voice Onset Time’ – VOT – Hfdst.10.2.1, Par.4), na een training, b.v. bij dragers van een cochleair implantaat. Bij meerkanaalsafleidingen kan ook de verdeling van de responsies over de schedel bij deze luistertaken onderzocht worden.

P300
De P300 potentiaal wordt geregistreerd m.b.v. het hiervoor beschreven ‘odd-ball’ paradigma (Fig.4). In een opeenvolging van presentaties wordt de doelstimulus in 10-20% van de gevallen aangeboden en de referentiestimulus in 80-90% van de gevallen. Om een goede responsie te krijgen moet de proefpersoon of patiënt actief de aandacht richten op de doelstimulus, b.v. door op een knopje te drukken wanneer deze gehoord wordt. Een auditieve P300 voor een normaalhorende persoon is afgebeeld in Fig.3.

De P300 is – zoals reed opgemerkt – een endogene potentiaal en is dus een maat voor de activiteit van het centrale zenuwstelsel tijdens de uitvoering van een taak. In het kader van het ’odd-ball’ paradigma betreft het een discriminatoire taak. De amplitude van de responsie is maximaal 20mV. Het is dus een relatief grote AEP. De grootte wordt sterk bepaald door de mate van aandacht voor de stimulus. Het gebruik van anesthesie is dus niet aan te bevelen. Bij het ouder worden neemt de amplitude van de P300 af en de latentie ervan toe.

De afleiding van de P300 vind meestal plaats aan de bovenkant van de schedel (de ‘vertex’, de regio C_z-P_z) met de referentie-elektrode op het mastoïd en de aardelektrode op het voorhoofd. De High Pass filterstanden zijn afhankelijk van het type onderzoek. Gebruikelijke waarden in de hier te bespreken discriminatietaken zijn 0.5-1.0 Hz voor het High Pass filter (HP-filter) en 20-30 Hz voor het Low Pass filter (LP-filter). Het belangrijkste doel is het onderdrukken van bewegingsartefacten. Onderdrukking van het alfaritme van het EEG is niet volledig mogelijk want dit ligt in het 8-13 Hz gebied.

Er is veel onderzoek verricht naar de mate waarin de grootte en de latentietijd van de P300 correleren met de kwaliteit van het spraakverstaan van mensen met een cochleair implantaat (CI) en met de effecten van de verschillende codeerstrategieën, zoals CIS, SPEAK EN ACE (zie Hfdst.9.4.1). Bij de kwaliteit van het spraakverstaan kan men behalve aan foneemscores ook denken aan het horen van klinkercontrasten zoals /i/ en /a/ en consonantcontrasten als tussen /ba/en /da/. De eerste spraakklank is dan b.v. de S1 en de tweede de S2 in het ’odd-ball’ paradigma (Fig.4). Het doel van dit type onderzoek is altijd het vinden van het objectieve correlaten voor de kwaliteit van het spraakverstaan of voor het effect van de afregeling van het CI.

Het is gebleken dat CI gebruikers met lage spraakverstaanscores significant kleinere P300 amplitudes en langere latenties vertonen dan CI gebruikers met hogere scores. Dit geldt echter alleen voor de klinkercontrasten, niet voor de consonantcontrasten. Verder zijn er significante verschillen tussen de amplitudes en latenties van de P300 bij toepassing van de verschillende codeerstrategieën, maar deze uitkomsten zijn terug te voeren op de spraakverstaanscores. In het algemeen is de voorspellende waarde van de amplitude en latentietijd van de P300 beperkt. Voor verdere informatie zie het proefschrift van Beynon

MMN
De ‘Mismatch Negativity Response’ (MMN) is niet een ‘piek’ met een bepaalde latentietijd, maar het verschil tussen twee responsies in hetzelfde latentiegebied. Zoëëen werd het ’odd-ball’ paradigma gebruikt om door de doelstimulus opgewekte potentialen zoals het P1-N1-P2 complex of de P300 te meten. Bij de MMN wordt een vergelijkbaar paradigma toegepast, maar het gebruik van de stimulus en de verwerking van de responsies is anders. Er wordt een repeterende ‘achtergrondstimulus’ aangeboden die van tijd tot tijd onderbroken wordt door een ‘afwijkende’ stimulus. Van elk wordt de responsie in het 200-300 ms latentiegebied gemeten. Het afwijkende geluid kan in veel opzichten verschillen van het achtergrondgeluid, b.v. in toonhoogte, geluidssterkte, timbre, maar ook in linguïstisch opzicht (zie hierna).

Het blijkt dat de gemiddelde responsie op de afwijkende stimulus – in het beschreven paradigma – lager ligt, dus meer negatief is, dan die op de achtergrondstimulus. De afwijking in negatieve richting, in Fig.5 in blauw weergegeven, is de MMN. Het meest opvallende bij de MMN is de noodzaak bij de meting geen aandacht te besteden aan het aangeboden geluid. Dit wordt bereikt door de proefpersonen te laten kijken naar een – stille – video. De afleidbaarheid van de MMN is het best ‘boven-voor’ op de schedel.

Een verklaring voor de MMN is dat het repeterend aanbieden van de achtergrondstimulus een representatie creëert in de primaire en secundaire gebieden van de auditieve cortex die ‘gescand’ wordt door de afwijkende stimulus. Het betreft een ‘automatisch’ proces. De representatie en de scanning daarvan komen dus tot stand nog vóórdat het bewustzijn daar weet van heeft (‘pre-attentief’ proces). Bij het gebruik van het ‘odd-ball’ paradigma voor de meting van de P300 is juist wel aandacht voor de stimulus vereist.

Het feit dat de MMN onafhankelijk is van aandacht en taak maakt dat dit paradigma gebruikt kan worden om centraal auditieve verwerking te onderzoeken bij mensen die niet of minder goed in staat zijn gedragstaken uit te voeren. Voorbeelden zijn het auditief functioneren van mensen met dyslexie, afasie, schizofrenie en dat van mensen met neurodegeneratieve aandoeningen als dementie en Alzheimer. Bij patiënten met de ziekte van Parkinson is een afname van de amplitude van de MMN te zien, vooral bij langere stimulusintervallen. Eenzelfde afname is aanwezig bij ‘attention deficit’ (ADHD) personen, vooral bij langere intervallen tussen de stimuli. De MMN kan ook worden verkregen tijdens volledige anesthesie.

Een belangrijk toepassingsgebied van de MMN heden ten dage is de verwerking van linguïstische informatie in het brein. De MMN geeft inzicht in hoe en waar in de hersenen lexicale en semantische aspecten van de taal worden vastgelegd. Voor dat doel wordt niet de elektrische, maar de magnetische versie van de MMN gebruikt, de ‘MMNm’ Zie de volgende paragraaf.

4.5.2.4(2) Long Latency Responses – Brainmapping

Brainmapping op basis van elektrische potentialen
Behalve het registreren van potentiaalveranderingen in de tijd op één bepaalde plaats op de schedel met één enkele meetelektrode kan men datzelfde ook doen met een groot aantal meetelektrodes verspreid over schedeloppervlak. Zo kan voor elk tijdstip de potentiaalverdeling over het schedeloppervlak worden bepaald, en als een topografische kaart worden weergegeven in hoogtelijnen, grijstinten of in kleur. Deze techniek staat bekend als ‘brainmapping’. De methode geeft uiteraard meer mogelijkheden tot het herkennen van afwijkingen dan de registratie op één enkele elektrodepositie en heeft toepassing gevonden zowel voor ABR, MLR, MMN als P300. Een nadeel van brainmapping op basis van elektrische signalen is dat deze signalen beïnvloed worden door de anatomische structuren van hersenen en de schedel.

Brainmapping magnetisch – bronanalyse
De cortex is, zoals elk systeem met veranderende elektrische stromen, ook magnetisch actief. In elk geëxciteerd neuron loopt een elektrisch stroompje van de dendrieten naar het soma. Elk van deze stroompjes levert een magneetveldje, volgens de ‘schroefregel’. Deze magneetveldjes worden niet verzwakt door de hersenweefsels of de schedel en kunnen dus ‘buiten’ op de schedel gedetecteerd worden. De veldsterktes zijn echter heel zwak. Sinds de ontwikkeling van de ‘SQUID’ (‘Superconducting Quantum Interference Device’ ) magnetometer is het mogelijk deze magneetveldjes noninvasief te meten. In deze techniek, ‘magnetoencephalografie’ (MEG) genoemd wordt m.b.v. een passende helm een groot aantal SQUIDS op de schedel geplaatst. De spatiële verdeling van de gemeten magneetveldjes wordt geanalyseerd in een rekenmodel en herleid tot de ‘Equivalent Current Dipole’ (‘ECD’) of ‘Minimum-Norm Current Estimate’ (‘MCE’). Dit zijn maten voor lokalisatie in plaats en tijd van de bron in de hersenen (‘bronanalyse’). De afbeelding van de bron wordt gesuperponeerd op het MRI beeld. Het ruimteoplossend en tijoplossendvermogen van deze techniek is groot: 1 ms in tijd en enkele mm in plaats. Uiteraard is het wel nodig magnetische velden uit de omgeving te reduceren (in de standaard MRI opstelling).

De diagnostische meerwaarde t.o.v. de elektrische responsies ligt in het aanzienlijk betere ruimteoplossend vermogen in de richting dwars op de schedel, dieper de hersenen in, en de onverzwakte overdracht naar de sensoren. Dit maakt onderzoek naar details in het functioneren van de auditieve cortex mogelijk. Uiteraard kan de opgewekte magnetische activiteit ook op één bepaalde plaats aan het schedeloppervlak gemeten worden, op dezelfde wijze als bij een éénkanaals AEP afleiding.

Een fraai voorbeeld van de toepassing van de magnetische versie van de MMN (MMNm) in de linguïstiek is de meting van het verschil in MMNm voor linguïstisch relevante woorden en die bij woorden die linguïstisch niet relevant zijn, ‘pseudo-woorden’ (niet-bestaande woorden). De stimulusreeksen daarbij zie er als volgt uit:

/pa/-/pa/-/pa/-/ko/-/pa/-/pa/-/ko/-/pa/-/pa/-/pa/-/pa/-/ko/-/pa/-/pa/-/pa/-/pa/-/pa/-/ko/-/pa/-….
(Fins woord ‘pako’)

/pa/-/pa/-/pa/-/ku/-/pa/-/pa/-/ku/-/pa/-/pa/-/pa/-/pa/-/ku/-/pa/-/pa/-/pa/-/pa/-/pa/-/ku/-/pa/-….
(Fins pseudo-woord ‘paku’)

In het eerste geval is de afwijkende stimulus dus een uitbreiding tot een ‘bestaand’ woord en in het tweede geval een uitbreiding tot een ‘pseudo-woord’ (niet bestaand woord). Gemeten wordt zowel de MMNm (éénkanaals) als de MEG (de ruimtelijke verdeling van de bronnen.

Fig.6.  laat zien dat het betekenisvolle woord een grotere MMN oplevert dan het nonsenswoord, maar dat spatieel, volgens de MEG uitkomst, de twee bronnen elkaar overlappen (naast elkaar getekend). Merk op dat het bij een MMN meting juist niet gewenst is zich op de stimulus te concentreren (zie eerder).

Een dergelijk tijdverschil is wel aanwezig in een experiment waarin de herkenning van twee Finse woorden ‘tuon’ en ‘tuot’ wordt vergeleken. Er wordt hier gebruik gemaakt van een ‘omslagpunt’. Dit is het tijdstip binnen het woord waarop de luisteraar de keuze maakt, hetzij voor ‘tuon’ (‘ik breng’), hetzij voor ‘tuot’ (‘jij brengt’). Het omslagpunt wordt vooraf bepaald in luisterproeven. Van elk van deze woorden wordt zoveel van het laatste gedeelte verwijderd (‘afgebroken’) dat de betekenis niet duidelijk is . De vraag is hoe lang het ingekorte woord weer moet worden verlengd om een herkenning, hetzij als ‘tuon’, hetzij als ‘tuot’ op te leveren. Het omslagpunt nu voor ‘tuon’ ligt rond de 50 ms vroeger dan dat voor ‘tuot’. Fig. 7  laat de plaatsen (ook ‘loci’ genoemd) zien waar de twee bronnen zich bevinden . Te zien is dat de corticale activeringen op dezelfde wijze na elkaar optreden en dat het tijdverschil van eveneens 50 ms bedraagt.

4.5.2.5(2) Links

Mechanisms for Hearing and Speech, Fall 2005/lec notes.pdf.
(Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology. HST.722J: Brain Mechanisms for Hearing and Speech. Course Instructor: Jennifer R. Melcher – algemeen)

The mismatch negativity (MMN) in basic research of central auditory processing: A review.

http://www.cbru.helsinki.fi/mismatch_negativity/mmn.html
(MMN)

https://www.bjanaesthesia.org/article/S0007-0912(17)36168-8/fulltext
(MLR – diepte anesthesie)

http://www.masseyeandear.org/research/ent/eaton-peabody/
(algemeen)

http://www.bem.fi/book/13/13.htm
(het international overeengekomen 10-20 system voor de positionering van elektroden op de schedel – Jasper, 1958)

http://robertoostenveld.nl/?p=5
(website Robert Oostenveld over EEG metingen)

http://web.mit.edu/kitmitmeg/whatis.html
(wat is MEG?)

http://kurage.nimh.nih.gov/meglab/Main/MegOverview
(MEG)

https://academic.oup.com/cercor/article/17/11/2516/280733
(experimentele details wat betreft de MMNm)

https://konferens.ht.lu.se/fileadmin/user_upload/sol/ovrigt/konferens_BrainTalk/Shtyrov.pdf
(informatieve presentatie door Yuri Shtyrov)

Literatuur

1. Anderer P, Pascual-Marqui R, Semlitsch H, Saletu B. Differential effects of normal aging on sources of standard N₁, target N₁ and target P300 auditory event-related brain potentials revealed by low resolution electromagnetic tomography (LORETA). Electroencephal Clin Neurophysiol 1998;108:160-174.
2. Baran JA, Musiek FE, Long RR, Ommaya A. Topographic mapping of brain electrical activity in the assessment of central auditory nervous system pathology. Am J Otol 1988;9(Suppl):72-76.
3. Barlow HB, Mollon JD. ‘The Senses’. Cambridge University Press, 1982.
4. Beynon AJ, Electrically-evoked auditory cortical event-related potentials in cochlear implants – The P300 potential. Proefschrift Universiteit St-Radboud, Nijmegen, 2005.
5. Burkard R, Shi Y, Hecox KE. A comparison of maximum length and Legendre sequences for the derivation of brainstem auditory evoked responses at rapid rates of stimulation. J. Acoust Soc Am 1990;87:1656-1664.
6. Burkard RF, Don M, Eggermont JJ (Eds). ‘Auditory Evoked Potentials. Basic Principles and clinical application’. Lippincott, Williams & Wilkins. Baltimore, 2007.
7. Ceponiene R, Rinne T, Näätänen R. Maturation of cortical sound processing as indexed by event-related potentials. Clin Neurophysiol 2002;113:870-882.
8. Crowley KE, Colrain IM. A review of the evidence for P₂ being an independent component process: Age, sleep and modality. Clin Neurophysiol 2004;115:732-744.
9. Deiber MP, Ibanez V, Fischer C, Ferrin F, Mauguiere F. Sequential mapping favours the hypothesis of distinct generators for Na and Pa middle latency auditory evoked potentials. Electroencephal Clin Neurophysiol 1988;71:187-188.
10. Friesen LM, Tremblay KL. Acoustic change complexes (ACC) recorded in adult cochlear implant listeners. Ear Hear 2006;27:678-685.
11. Grandori F. Field analysis of auditory evoked brainstem potentials. Hear Res 1986;21:51-58.
12. Grandori F, Hoke M, Romano G.L (Eds). Auditory evoked magnetic fields and electrical potentials. Adv Audiol, Vol. 6, Karger, Basel, 1990.
13. Hall JW. Handbook of auditory evoked responses. Allyn and Bacon, Needham Heights, Mass, 1992
14. Hayes EA, Warrier CM, Nicol TG, et al. Neural plasticity following auditory training in children with learning problems. Clin Neurophysiol 2003;114:673-684.
15. Hoke M, Bock G (Eds). Magnetic and electrical activity of the auditory cortex. Acta Otolaryngol, Suppl 491, 1991.
16. Hyde M. The N₁ response and its applications. Audiol Neurootol 1997;2:281-307.
17. Jasper HH. The ten-twenty electrode system of the International Federation. Electroencephal Clin Neurophysiol 1958;10:371-375.
18. Kathmann N, Frodl-Bauch T, Hegerl U. Stability of the mismatch negativity under different stimulus and attention conditions. Clin Neurophysiol 1999;110:317-323.
19. Knight RT, Hillyard SA, Woods DL, Nevilee HJ. The effects of frontal and parietal lesions on the auditory evoked potential in man. Electroencephal Clin Neurophysiol 1980;50:112-114.
20. Kraus N, McGee T. Color imaging of the human middle latency response. Ear Hear 1988;9:159-167.
21. Korczak PA, Kurtzberg D, Stapells DR. Effects of sensorineural hearing loss and personal hearing aids on cortical event-related potential and behavioral measures of speech-sound processing. Ear Hear 2005;26:l65-185.
22. Martin BA, Boothroyd A. Cortical, auditory, evoked potentials in response to changes of spectrum and amplitude. J Acoust Soc Am 2000;107:2155-2161.
23. Martin BA, Shafer VL, Morr ML, et al. Maturation of mismatch negativity: A scalp current density analysis. Ear Hear 2003;24:463-471.
24. Morr ML, Shafer VL, Kreuzer JA, Kurtzberg D. Maturation of mismatch negativity in typically developing infants and preschool children. Ear Hear 2002;23:118-136.
25. Näätänen R, Gaillard AWK, Mäntysalo S. Early selective-attention effect on evoked potential reinterpreted. Acta Psychologica 1978;42:313-329.
26. Näätänen R. The role of attention in auditory information processing as revealed by event-related potentials and other brain measures of cognitive function. Behav Brain Sci 1990;13:201-288.
27. Näätänen R. ‘Attention and Brain Function’. Hillsdale, NJ: Erlbaum, 1992.
28. Näätänen R. Memory traces for words as revealed by the Mismatch Negativity (MMN). NeuroImage 2001;14:107-616.
29. Näätänen R, Pakarinen S, Rinne T, Takegata R. The mismatch negativity (MMN): towards the optimal paradigm. Clin Neurophysiol 2004;115:140-144.
30. Novitski N, Tervaniemi M, Huotilainen M, Näätänen R. Frequency discrimination at different frequency levels as indexed by electrophysiological and behavioral measures. Brain Res Cogn Brain Res 2004;20:26-36.
31. Oates PA, Kurtzberg D, Stapells DR. Effects of sensorineural hearing loss on cortical event-related potential and behavioral measures of speech-sound processing. Ear Hear 2002;23:309-4 15.
32. Ostroff JM, Martin BA, Boothroyd A. Cortical evoked responses to spectral change within a syllable. Ear Hear 1998;19:290-297.
33. Picton TW, Hillyard SA, Krausz HI, Galambos R. Human auditory evoked potentials I: evaluation of components. Electroencephal Clin Neurophysiol. 1974a;36:179-190.
34. Picton TW, Hillyard SA, Krausz HI, Galambos R. Human auditory evoked potentials I: effects of attention. Electroencephal Clin Neurophysiol. 1974b;36:191-200.
35. Picton TW, Stuss DT. Event-related potentials in the study of speech and language: a critical review. In ‘Biological perspectives on language’, edited by Caplan D, Lecours AC, Smith A. MIT Press, Cambridge, Mass. 1984, pp. 303-360.
36. Picton TW (Ed). ‘Handbook of electroencephalography and clinical neurophysiology, Vol. 3: Human event-related potentials’ Elsevier, Amsterdam, 1988.
37. Picton TW, Alain C, Otten L, et al. Mismatch negativity: Different water in the same river. Audiol Neurootol 2000;5:111-139.
38. Picton TW, Bentin S, Berg P, et al. Guidelines for using human event-related potentials to study cognition: Recording standards and publication criteria. Psychophysiology 2000;37:127-152.
39. Ponton CW, Don M. The mismatch negativity in cochlear implant users. Ear Hear 1995;16:131-146.
40. Ponton CW. Don M, Eggermont JJ et al. Maturation of human cortical auditory function: Differences between normal-hearing children and children with cochlear implants. Ear Hear 1996;17:430-437.
41. Ponton CW, Eggermont JJ, Don M et al. Maturation of the mismatch negativity: Effects of profound deafness and cochlear implant use. Audiol Neurootol 2000:5:167-185.
42. Ponton CW, Eggermont JJ, Kwong B, Don M. Maturation of human central auditory system activity: Evidence from multichannel evoked potentials. Clin Neurophysiol 2000;111:220-223.
43. Ponton C, Vasama JP, Tremblay K, et al. Plasticity in the adult human central auditory system: Evidence from late-onset profound unilateral deafness. Hear Res 2001;154:32-44.
44. Ponton CW, Eggermont JJ, Khosla D, et al. Maturation of human central auditory system activity: Separating auditory evoked potentials by dipole source modeling. Clin Neurophysiol 2002:113:407-420.
45. Portmann M, Dauman R, Duries F, Portmann D, Dhillon R. Modern diagnostic strategy for acoustic neuromas. Arch Otorhinolaryngol 1989;246:286-291.
46. Praamstra P. ‘Central auditory function and auditory language processing’. PhD Thesis, University of Nijmegen, 1992.
47. Pulvermüller F, Kujala T, Shtyrov Y, Simola J, Tiitinen H, Alku P, Alho K, Martinkauppi S, Ilmoniemi RJ, Näätänen, R. Memory Traces for words as revealed by the Mismatch Negativity (MMN). Neuroimage 2001;14:606-616.
48. Pulvermüller F, Shtyrov Y, Ilmoniemi RJ, Marslen-Wilson W. Tracking speech comprehension in space and time. Neuroimage 2006;31:1297-1305.
49. Sams M, Aulanko R, Aaltonen A, Näätänen R. Event-related potentials to infrequent changes in synthesized phonetic stimuli. J Cognit Neurosci 1990:2:344-357.
50. Scherg M, von Cramon D. A new interpretation of the generators of BAEP waves I-V: Results of a spatio-temporal dipole model. Electroencephal Clin Neurophysiol 1985;62:290-299.
51. Scherg M, von Cramon D. Evoked dipole source potentials of the human auditory cortex. Electroencephal Clin Neurophysiol 1986;65:344-360.
52. Scherg M, von Cramon D. Dipole source potentials of the auditory cortex in normal subjects and in patients with temporal lobe lesions. Adv Audiol (Karger, Basel) 1990;6:165-193.
53. Shafer VL, Morr ML, Kreuzer JA, Kurtzberg D. Maturation of mismatch negativity in school-age children. Ear Hear 2000;21:242-251.
54. Sharma A, Dorman MF, Spahr A. A sensitive period for the development of the central auditory system in children with cochlear implants: Implications for age of implantation. Ear Hear 2002;23:532-539.
55. Sharma A, Martin K, Roland P, et al. P₁ latency as a biomarker for central auditory development in children with hearing impairment. Am Acad Audiol 2005;16:564-573.
56. Shtyrov Y, Osswald K, Pulvermüller F. Memory traces for words in the brain are indexed by the mismatch negativity (MMN) responses: fMRI evidence, Neuroimage 2006;31,116.
57. Squires KC, Hecox KE. Electrophysiological Evaluation of Higher Level Auditory Processing. Seminars in Hearing 1983;4:422.
58. Stapells DR. Cortical event-related potentials to auditory stimuli. In: Katz J, ed. Handbook of Clinical Audiology, 5th ed. Philadelphia: Williams & Wilkins, 2002;378-405.
59. Takeshita K, Nagamine T, Thuy DHD, et al. Maturation change of parallel auditory processing in school-aged children revealed by simultaneous recording of magnetic and electric cortical responses. Clin Neurophysiol 2002;113:1470-1484.
60. Tervaniemi M, Lehtokoski A, Sinkkonen J, et al. Test-retest reliability of mismatch negativity for duration, frequency and intensity changes. Clin Neurophysiol 1999;110:1388-1393.
61. Trainor LJ, Shahin A, Roberts LE. Effects of musical training on the auditory cortex in children. Ann NY Acad Sci 2003;999:506-513.
62. Tremblay K, Kraus N, McGee T, et al. Central auditory plasticity: Changes in the N₁-P₀complex after speech-sound training. Ear Hear 2001;22:79-90.
63. Tremblay KL, Kraus N. Beyond the ear: Central auditory plasticity. Oto-Rhino-Laringologica 2002:52:93-100.
64. Tremblay KL, Friesen L, Martin BA, Wright R. Test-retest reliability of cortical evoked potentials using naturally produced speech sounds. Ear Hear 2003;24:225-232.
65. Tremblay KL, Billings CJ. Friesen LM. Souza PE. Neural representation of amplified speech-sounds. Ear Hear 2006;27:93-103.
66. Welling DB, Glasscock ME, WCI et al. Acoustic neuroma: a cost effective approach. Arch Otolaryngol Head Neck Surg 1990;103:364-370.
67. Wood CC, Wolpaw JR. Scalp distribution of human auditory evoked potentials II: Evidence for overlapping sources and involvement of auditory cortex. Electroencephal Clin Neurophysiol 1987;54:25-38.
68. Woods DL, Clayworth CC, Knight RT, Simpson GV, Naeser MA. Generators of middle- and long- latency auditory evoked potentials: Implications from studies of patients with bitemporal lesions. E1ectroenceph Clin Neurophysiol 1987;68:132-148.
69. Wunderlich JL, Cone-Wesson BK. Maturation of CAEP in infants and children: A review. Hear Res 2006;212:212-223.
70. Wunderlich JL, Cone-Wesson BK, Shepherd R. Maturation the cortical auditory evoked potential in infants and young children. Hear Res 2006;212:185-202.

Auteur

Lamoré

Revisie

januari 2009