Электрически вызванные потенциалы слуховой коры

Сегодня, почти более чем через 80 лет после того как H. Davis и соавт. [1] опубликовали свою первую работу о регистрации длиннолатентных слуховых вызванных потенциалов (ДСВП), отмечается возрождение интереса к применению данного класса потенциалов в клинической практике. В настоящее время ДСВП являются важнейшим электрофизиологическим инструментом для изучения основных процессов в мозге, таких как память и габитуация. Регистрация ДСВП на речевые стимулы позволяет изучать механизмы, лежащие в основе неврального отражения обработки речи у маленьких детей, а также у пожилых людей. ДСВП обеспечивают дополнительную информацию при исследовании пациентов с нарушением слуховой обработки. Одним из достоинств данной методики является объективная оценка способности мозга определять и дифференцировать различные характеристики стимула, такие как различия в громкости, временные изменения, различия слогов. Особое значение имеет данный класс потенциалов для электрофизиологического отражения пластичности мозга и документирования клинической эффективности различных реабилитационных методик. В частности, отмечены изменения параметров ДСВП при использовании слуховых аппаратов и после кохлеарной имплантации [2].

Термин «слуховые вызванные потенциалы» коры является достаточно обобщающим, так как он объединяет различные специфические типы слуховых ответов, которые отличаются на основании вида предъявления стимулов и активного слушания (или его отсутствия) исследуемым стимулов. Данная группа потенциалов включает электрически вызванные поздние слуховые ответы коры (эДСВП), электрически вызванный комплекс акустических изменений (эКАИ), электрически вызванный отрицательный потенциал рассогласования (эОПР — eMMN) и электрически вызванный потенциал эP₃₀₀.

Одним из основных подходов к описанию слуховых вызванных потенциалов является категоризация их по происхождению на экзогенные и эндогенные. Экзогенные потенциалы чрезвычайно чувствительны к характеристикам стимуляции. Они регистрируются вне зависимости от активного участия пациента в процессе регистрации и его активного реагирования на стимулы [3, 4].

Эндогенные потенциалы менее зависимы от характеристик стимула, но крайне зависимы от состава стимула, в частности от изменений в характеристиках стимула во время регистрации, от состояния пациента, внимания и реакции на стимуляцию, а также от предъявленных пациенту задач во время стимуляции. Даже относительно небольшие изменения в этих переменных могут привести к появлению или исчезновению положительных или отрицательных волн в эндогенном потенциале в разных тестах или даже во время проведения одного и того же теста [3—6].

Эндогенные слуховые вызванные потенциалы отличаются сложностью, вызванной их анатомическим происхождением. Их генерация является результатом динамического физиологического взаимодействия структур в височной и лобной долях, участия лимбической системы, а также подкорковых областей [3, 4, 7].

Необходимость в объективизации данных аудиологического исследования еще больше возросла в последнее время, что обусловлено прежде всего необъяснимыми различиями в результатах кохлеарной имплантации, проведением кохлеарной имплантации у детей первых лет жизни, а также расширением возможностей программирования речевого процессора. С учетом этого чрезвычайно важно понимать, каким образом меняются электрические потенциалы при систематическом изменении параметров стимуляции. Достаточно сложно сравнивать опубликованные результаты регистрации коротко-, средне- и длиннолатентных потенциалов из-за различий в использованных электродных решетках (longitudinal, radial), в типе стимуляции (биполярная, монополярная), во времени и месте регистрации (операционная, клиника, внутриоперационно, после операции), в возрасте пациентов (дети, взрослые), а также в параметрах стимуляции и регистрации.

Поздние корковые ответы состоят из комплекса P₁-N₁-P₂ (рис. 1, а).

Рис. 1. эДСВП, зарегистрированные у взрослого и ребенка. а — эДСВП у взрослого; б — эДСВП, зарегистрированный у ребенка.

Генераторы этих потенциалов меняются в зависимости от парадигмы стимуляции, хотя основная роль принадлежит таламокортикальным проекциям [6]. эДСВП является сенсорным ответом, который может генерироваться в ответ на начало стимула, окончание стимула или на изменения в длительной стимуляции (эКАИ).

Комплекс P₁-N₁-P₂у взрослого регистрируется как на акустическую, так и на электрическую стимуляцию в окне 50—250 мс [3—5, 8], хотя при прямой электрической стимуляции латентные периоды (ЛП) могут быть короче [8—10]. У взрослых пациентов с кохлеарными имплантами (КИ) пики P₁, N₁ и P₂имеют ЛП 40—80, 75—150 и 150—210 мс соответственно [8, 10, 11].

У детей основным пиком является пик P₁, имеющий ЛП порядка 200 мс (рис. 1, б), в то время как пики N₁ и P₂, как правило, отсутствуют [4, 12—14]. С возрастом ЛП P₁ уменьшается: от 300 мс при рождении до 125 мс в возрасте 3 лет и 60 мс — у взрослых [15]. У детей с имплантами созревание потенциала P₁ зависит от возраста, в котором была произведена имплантация, и длительности использования импланта. У детей, оперированных в возрасте менее 3,5 года, ЛП P₁ соответствует диапазону, определяемому у детей с нормальным слухом, через 6—9 мес пользования имплантом (рис. 2),

Рис. 2. Динамика эДСВП у ребенка, оперированного в ранние сроки (менее 3 лет), после активации импланта.

в то время как у детей, оперированных в возрасте старше 7 лет, значения ЛП выходят за нормальный диапазон [14].

C. Ponton и соавт. [10] показали, что скорость созревания P₁ у детей с КИ соответствует скорости у детей с нормальным слухом, но имеет задержку, соответствующую длительности глухоты до имплантации. В последующем [16] было показано, что в первые 8 мес использования КИ детьми, прооперированными в возрасте до 3 лет, происходит более быстрое созревание Р₁ по сравнению с нормально слышащими детьми аналогичного возраста. У нормально слышащих детей комплекс P₁-N₁-P₂ формируется к возрасту 10 лет с небольшим укорочением ЛП во второй декаде и окончательно созревает к 18—21-му годам [4, 13, 14]. В ходе созревания амплитуда Р₁ уменьшается, а амплитуда Р₂ растет. Данный сдвиг связан с развитием компонента N₁ у подростков, который накладывается на пик Р₁ [13]. У глухих детей, использующих КИ, пик Р₁ развивается нормально, в то время как пик N₁— нет. В результате этого различия в ЛП и морфологии у детей с нормальным слухом и детей с КИ возникают в возрасте 10 лет, когда пик N₁ начинает созревать [13].

В качестве стимулов при регистрации эДСВП могут использоваться их различные типы: отдельные импульсы или набор импульсов, предъявляемые непосредственно на имплант, а также щелчки, тоны или речевые стимулы (натуральные или синтетические), предъявляемые через динамик и обрабатываемые речевым процессором. В частности, используемые в наших исследованиях стимулы /m/, /g/, /t/ имели частотный состав 250, 1250 и 3250 Гц соответственно, что обеспечивало информацию об активации различных частотных областей слуховой коры. Следует, однако, иметь в виду, что при стимуляции в свободном звуковом поле из-за индивидуальных различий в параметрах процессора обработка сигнала может различаться у разных пациентов, что будет оказывать влияние на эДСВП. Достаточно сложно в этом случае определить, обусловлены ли различные параметры потенциала нейрофизиологическими процессами или обработкой сигнала речевым процессором [17].

При регистрации ДСВП используются большая длительность стимулов, чем при регистрации более периферических ответов, а также относительно низкие скорости предъявления стимулов (порядка 1—2 Гц) [8, 11, 14]. Большая длительность стимулов сопровождается наложением артефакта на потенциал [18], поэтому длительность стимула должна быть меньше ЛП комплекса P₁-N₁-P₂.

Морфология эДСВП достаточно хорошо изучена в плане матурации слуховых проводящих путей коры. Показано, что большая длительность глухоты и более поздний возраст имплантации сопровождаются незрелостью морфологии и удлинением ЛП эДСВП [10—12, 14, 19]. Было также показано, что ЛП пика Р₁ эДСВП у детей может быть использован в качестве индикатора достаточности стимуляции, обеспечиваемой слуховыми аппаратами перед кохлеарной имплантацией, или для мониторирования развития центральных слуховых путей после кохлеарной имплантации [15, 20, 21]. Интересные данные были получены K. Gordon и соавт. [12] у детей после кохлеарной имплантации, которые указывали на худшие результаты разборчивости речи у пациентов с ненормальной морфологией эДСВП, в то время как у детей с нормальной морфологией потенциалов определялась лучшая разборчивость речи.

Данный комплекс представляет собой второй комплекс N₁-P₂, возникающий в ответ на изменения в длительной постоянной стимуляции [6, 19, 22—25].

эКАИ рассматривается как экзогенный слуховой вызванный потенциал. На рис. 3 приведены

Рис. 3. Схематическая иллюстрация регистрации эКАИ в ответ на изменения в предъявляемых звуках и переадресацию импульсов с одного электрода на другой. Верхний блок — стимулы, вызывающие стандартный комплекс P1-N1-P2: а — звук /у/ длительностью 600 мс; б — импульс длительностью 600 мс, предъявляемые на электрод 1 (Э1). Нижний блок — изменения в стимуле, вызывающие комплекс эКАИ: в — изменение звука /у/ на звук /и/ через 300 мс; г — переадресация импульсов с электрода 1 (Э1) на электрод 5 (Э5). В каждом случае при изменениях в стимуле вызывается комплекс N1-P2, совпадающий по времени с изменениями в стимуле.

комплексы P₁-N₁-P₂ в ответ как на звук /у/ (стимул А) длительностью 600 мс, так и на импульсы длительностью 600 мс, предъявляемые на 1-й электрод (стимул Б). В нижнем блоке рис. 3 продемонстрировано, как генерируется эКАИ в ответ на изменения в стимуле. При изменении звука /у/ на звук /и/ через 300 мс (стимул В), а также при переадресации импульсов с 1-го электрода через 300 мс на 5-й электрод (стимул Г) возникает второй комплекс, который по времени совпадает с изменениями в стимуле. При этом стимулы могут подаваться через динамик на микрофон речевого процессора пациента (речевые звуки) или, минуя речевой процессор, непосредственно на имплант (посылка импульсов). Было показано [6], что при использовании прямой стимуляции (см. рис. 3) амплитуда эКАИ растет с пространственным разнесением двух стимулируемых электродов, что соответствует большим различиям в высоте сигнала при стимуляции этих электродов. Следует иметь в виду, что при регистрации эКАИ в связи с большей длительностью артефакт стимула представляет существенную проблему.

эКАИ отражает детекцию корой спектральных, временных или амплитудных изменений в стимуле на уровне слуховой коры, которая предшествует детерминации [18].

Потенциал отрицательной вариации представляет собой разностную волну, получаемую как результат изменений в комплексе P₁-N₁-P₂ в ответ на частые (стандартные) и редкие (девиантные) стимулы. Как правило, ответы, зарегистрированные на девиантные стимулы, представляют собой увеличенный пик N₁ и уменьшенный пик P₂ (по сравнению с ответами на стандартные стимулы). Разница между двумя регистрациями и представляет собой эОПР, который имеет форму выраженного отрицательного отклонения, проявляемого в диапазоне 140—300 мс и имеющего длительность порядка 120 мс. Как и описанные выше длиннолатентные потенциалы, эОПР может регистрироваться без активного прислушивания испытуемого к стимулу. эОПР отражает способность центральной слуховой системы определять различия в стимулах, а также обеспечивает объективное отражение физиологических механизмов, лежащих в основе слуховой дискриминации.

Для оптимизации регистрации межстимульный интервал должен быть относительно большим (порядка 1 с), а девиантный стимул должен составлять только 10—15% всех стимулов. Девиантные стимулы могут варьировать по амплитуде, временным или спектральным характеристикам. На рис. 4 представлен

Рис. 4. Схематическое представление генерации эОПР. а — усредненный комплекс P1-N1-P2 в ответ на стимул /и/, являющийся стандартным; б — комплекс P1-N1-P2 в ответ на стимул /и/, являющийся девиантным (стандартным стимулом в данном случае является звук /у/); в — эОПР представлен как разностная волна между, А и Б.

протокол регистрации эОПР. Один и тот же звук /и/ предъявляется как стандартный (А) и девиантный (Б) стимул. В блоке, А стимулы /и/ вызывают комплекс P₁-N₁-P₂. В блоке Б тот же стимул /и/, предъявляемый как девиантный (стандартным стимулом в данном случае является звук /у/), вызывает комплекс с увеличенной волной N₁ и редуцированной волной P₂. эОПР, представленный в блоке В, является разницей между усредненными волнами, зарегистрированными в ответ на стандартные и девиантные стимулы (блоки, А и Б). Аналогично эКАИ эОПР может иметь клиническое применение в качестве объективного отражения того, что различия в стимулах были определены центральной слуховой системой и, кроме того, может использоваться для определения способности к восприятию речи. N. Kraus и соавт. [26] первыми представили данные регистрации эОПР у с КИ пациентов. Как в этой, так и в последующих работах [27, 28] была показана отрицательная корреляция между восприятием речи и ЛП и амплитудой эОПР — лучшие результаты были получены у пациентов с меньшими ЛП и большими амплитудами.

Компонент, следующий за эДСВП, представляет потенциал Р₃₀₀ (или Р₃), состоящий из комплекса P₂-N₂-P₃ (рис. 5).

Рис. 5. Схема регистрации потенциала Р300. а — усредненный комплекс P1-N1-P2, зарегистрированный в ответ на импульсы равной амплитуды; б — волна P300 (P3), зарегистрированная при активном определении испытуемым увеличения амплитуды импульса (стрелка).

Основным отличием P₃₀₀от эДСВП, эКАИ и эОПР является то, что P₃₀₀ — это потенциал эндогенного происхождения, требующий от испытуемого активного участия в процессе исследования и прислушивания к стимуляции. В связи с этим он отражает механизмы слуховой детекции/детерминации, а также когнитивные процессы. ЛП Р₃₀₀ составляет от 300 до 750 мс [7] и почти в 2 раза превышает по амплитуде комплекс N₁-P₂ [3]. Однако до настоящего времени использование данного потенциала в клинической практике было крайне ограничено.

Единственным отличием регистрации потенциала P₃₀₀ от регистрации эОПР является активное участие испытуемого в процессе регистрации. Как правило, испытуемого просят фиксировать количество девиантных стимулов.

Учитывая то, что потенциал Р₃₀₀ отражает слуховое внимание и дискриминацию, он может обеспечить некоторое отражение того, как речь дифференцируется на уровне слуховой коры. Р. Kileny и соавт. [28] продемонстрировали достоверную корреляцию между восприятием речи и ЛП и амплитудой Р₃₀₀ в группе детей с К.И. Аналогичные результаты были получены А. Beynon и соавт. [7], которые определили лучшие результаты у пациентов с меньшими ЛП и большими амплитудными значениями.

Вывод

Основываясь на данных литературы и собственных исследованиях, можно сформулировать следующую концепцию:

1. эДСВП состоят из комплекса P1-N1-P2 и отражают детекцию стимулов на уровне слуховой коры.

2. Компонент Р1 ДСВП наиболее выражен у детей, в то время как компонент Р2 преобладает у взрослых. Данные морфологические изменения происходят в возрасте 10 лет.

3. Большая длительность глухоты и больший возраст на момент имплантации сопровождаются незрелостью морфологии эДСВП и удлиненными ЛП пиков.

4. эКАИ представляет собой серию компонентов P1-N1-P2, возникающих в ответ на изменения в стимуляции.

5. эОПР — это разностная волна, определяемая по изменениям в комплексе P1-N1-P2, возникающим в ответ на стандартные и девиантные стимулы.

6. Потенциал P300 регистрируется по методике аналогичной регистрации эОПР, но требует активного участия испытуемого в определении девиантного стимула.

7. Лучшие показатели восприятия речи имеют место у пациентов с меньшими ЛП и большими амплитудными значениями.

8. Использование различных классов электрически вызванных потенциалов слуховой коры обеспечит объективный контроль эффективности реабилитации детей после кохлеарной имплантации.

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

e-mail: gtavartkiladzе@gmail.соm; http://orcid.ord/0000-0003-0118-908X