穩態 / 暫態視誘發電位

Steady-State vs. Transient Visual Evoked Potential (VEP)

王藹侯

誘發電位是對感官給予刺激，記錄神經傳到大腦引發的電反應。視覺刺激引發的電位是視誘發電位(Visual Evoked Potential，VEP)，聽覺刺激引發的電位是聽誘發電位(Auditory Brainstem Evoked Potential，ABEP)，體表電刺激引發的電位是體誘發電位(Somatosensory Evoked Potential，SSEP)。

視覺刺激有閃光誘發電位(Flash VEP)和圖像誘發電位(Pattern VEP)。臨床上通常使用圖像誘發電位，以西洋棋盤反轉(Checkerboard reversal)為視覺刺激，它的波形比閃光誘發電位穩定，重現性(Repeatability)高。典型的負正負(N75-P100-N135)波形(見圖)，分析三個峰谷的潛期(latency)及兩個峰谷的電位幅度(amplitude)。和網膜電圖不同的是，波形的來源並沒有確切的神經、電位的分析 – 像網膜電圖的a波是光感細胞的過極化(hyperpolarization)電反應那樣，只能說是視路(optic pathway)上有些神經纖維傳導快、有些神經纖維傳導慢的綜合結果。

誘發電位可以比擬成甩繩(見圖)，甩一下給予一個刺激，產生一個波形，好像視誘發電位的NPN波形(圖左)。甩快一點，一個波接著一個波(圖中)，再快一點，前後波連到一塊兒(圖右)，成了一個週期波。

西洋棋盤反轉，每秒三、四個反轉得到個別的NPN波形，是暫態視誘發電位(Transient VEP)；每秒八個反轉以上，前後的NPN連在一塊兒，成為週期波，是穩態視誘發電位(Steady-state VEP)(見圖)。

分析穩態視誘發電位的周期波使用傅立葉級數(Fourier series)，傅立葉級數說一個週期波可以分解成同頻率的正弦波和2倍頻率的正弦波和3倍頻率正弦波….和整數倍頻率的正弦波的和(1f+2f+3f+…..+nf+…..)，級數收斂，加總的和漸漸趨近原始的週期波。每一個倍頻所占份量決定於該倍頻的振幅(amplitude)和相位(phase)。而基頻(f)就是視覺刺激輸入的頻率。

簡言之，暫態視誘發電位分析峰谷幅度和潛期，穩態視誘發電位分析各倍頻的振幅和相位。

暫態視誘發電位幅度低判讀為傳導的神經纖維少；潛期長判讀為神經傳遞慢。

穩態視誘發電位如果刺激圖像的西洋棋盤格子逐漸變小，相位會依次逐漸改變。

這裡列舉四個穩態視誘發電位的臨床和視覺科研的應用

1. 嬰幼兒視皮質盲的視誘發電位

嬰幼兒注意力差、不會注視。對那些反應差，門診檢查無法判斷他看不看得見的嬰幼兒，眼科醫師會想作視誘發電位來判斷。一般使用的西洋棋盤圖像視誘發電位，受試者必須專心注視螢幕，這些小兒通常無法注視，得到的誘發電位波形常常不是典型的NPN波形，哪兒是NPN的波峰、波谷不容易決定，波幅和潛期也就沒法判讀，也就沒法判斷小兒是否仍有視力。

在這種情況，我們建議作閃光穩態視誘發電位。我們用11.7Hz(避開整數12Hz，避開交流電干擾)的強閃光，小兒閉著眼也可以接受到閃光。媽媽抱著，沒有麻醉、鎮靜。對照組是將閃光燈用黑布套包起來，一樣在布套裡閃光，排除閃光燈放出強電場造成的假象誘發電位。記錄是1/5秒、200msec，有2.3+週誘發電位(見圖)。上圖判讀為對強光有視誘發電位：下圖判讀為對強光沒有視誘發電位。

嬰幼兒的視誘發電位是隨著年齡長大漸漸發展出來的。有視誘發電位可以判讀為至少有光覺(light perception)；沒有視誘發電位卻不一定代表沒有視力，通常幾個月後重作視誘發電位檢查，再評估一次。視力是後天發育的，以視誘發電位估計視力有很大的侷限性。相對地，耳鼻喉科居然可以對嬰兒用聽誘發電位篩檢聽力的有無和好壞！主要的原因是聽力在肚子裡已經大致發育完整，許多孕婦會隔著肚皮跟胎兒講話，隔著肚皮放音樂胎教。這和嬰幼兒的視力評估是非常不一樣的。

2. 鏢靶(Dartboard) / 風車(Windmill) 反轉視誘發電位

西洋棋盤反轉是西洋棋盤1和西洋棋盤2交替展現。棋盤1、2各出現一次是一個週期(cycle)，一個週期是兩個反轉(reversal)，每秒6週(Hz)也就是12反轉。棋盤1轉到棋盤2和棋盤2轉到棋盤1，在一般人的知覺、認知上覺得是一樣的，你可以數得出反轉，卻不容易數得出週期。這裡穩態視誘發電位2倍頻率(2f，反轉)的波幅遠大於基頻(1f，週期)的波幅(左圖)。

西洋棋盤是半黑半白的圖像，柵紋(Grating)也是半黑半白的圖像。棋盤、柵紋交替展現，螢幕的平均亮度維持不變(中圖)，沒有亮度變化誘發的電位，符合圖像視刺激的基本要求。但是主觀的知覺上，棋盤轉到柵紋和柵紋轉到棋盤感覺就不一樣，可以很容易數得出週期。同樣6週、12反轉的圖像刺激，穩態視誘發電位在2倍頻率(2f，反轉)的波幅變小，基頻(1f，週期)的波幅變大。

右圖是柵紋反轉，如同西洋棋盤反轉，穩態視誘發電位在2倍頻率(2f)的波幅會遠大於基頻(1f)的波幅。

鏢靶、風車交替展現和西洋棋盤、柵紋交替展現的圖像視誘發電位非常類似，只是前者更符合視野中央、週邊的分布。鏢靶/鏢靶反轉(左圖)和風車/風車反轉(右圖)的視誘發電位的能量會聚集在2倍頻率(2f)上，而鏢靶/風車(中圖)的視誘發電位，基頻(1f)上會有比較多的能量。

三環的鏢靶/風車反轉，當中間的一環寬的時候(左圖)，視誘發電位集中在基頻(1f)上。中間一環漸漸變窄(中圖)、更窄，漸漸變成風車/風車反轉(右圖)，視誘發電位轉而集中到2倍頻率(2f)上。輸入端的改變是中環的寬窄，影響到網膜上側向細胞 – 包括水平細胞(Horizontal cell) 、無長突細胞(Amacrine cell) – 側向連結(lateral connection)的長度；輸出端則是視皮質感受到的誘發電位由基頻(1f)為主轉移成為2倍頻率(2f)為主。

將中間的一環置於不同的周邊位置(periphery)，可以探測不同周邊網膜處側向細胞側向連結的長度的改變。

3. 立體視的視誘發電位(Visual Evoked Potential，VEP of Stereopsis) – 動態隨機點立體圖(Dynamic Random-dot Stereogram)

下圖是設計來記錄立體視的視誘發電位的圖形，共16張隱藏西洋棋盤的立體圖，其中8張包含左上角那格凸起的西洋棋盤，另8張包含左上角那格凹下的西洋棋盤，反覆播放，就如同一般臨床上視誘發電位檢查使用的西洋棋盤反轉圖樣。電腦螢幕每秒展示60張畫面，每一個畫面變換1張立體圖，16張立體圖是一個週期(Cycle)，一個週期西洋棋盤反轉(Reversal)2次，基頻(1f)是60/16=3.75Hz，2倍頻率(2f)是7.5反轉/秒。腦波裡抽取到7.5/sec的訊號，就是立體視的是誘發電位。

這裡的西洋棋盤不是黑白反轉，而是深度的反轉。左眼、右眼單眼所見的圖樣，看起來好像是電視收播之後的雪暴圖(Snow storm)，雙眼一起看，所見到的西洋棋盤以7.5反轉/秒的頻率作深度反轉，視誘發電位如果記錄到這個頻率的電位信號，它必定是大腦被立體視所誘發的反應，因為左右眼單眼各自都不存在這個頻率的信號輸入。

這張圖就是所謂的動態隨機點立體圖，深度覺是來自於每一張圖裡左右眼的像差(disparity)。它不是運動立體圖，每一張立體圖的背景和前景都不一樣，並不包含有運動覺(motion perception)的視覺刺激。

Norcia AM. Frequency Domain Analysis of Human Stereopsis. Thesis, Stanford University, 1980 - 288 pages.

4. 運動覺(Motion perception) / 視動眼震(Optokinetice nystagmus，OKN) 鼻顳側不對稱(Naso-temporal asymmetry) 視誘發電位

嬰幼兒單眼的視動眼震是鼻、顳側不對稱的。所見景像由顳側向鼻側移動，會誘發快速相朝向顳側的視動眼震；而景像由鼻側向顳側移動，則不會誘發快速相朝向鼻側的視動眼震。也就是右眼偏好向左移動的景象，產生快速相向右的視動眼震，但是對於向右移動的景象，卻不會產生快速相向左的視動眼震；左眼相反過來，偏好向右移動的景象，產生快速相向左的視動眼震，但是對於向左移動的景象，卻不會產生快速相向右的視動眼震。

Dr. Anthony Norcia(見圖)以穩態視誘發電位記錄運動覺鼻、顳側的不對稱。

Dr. Anthony Norcia

視刺激器是兩張正弦柵紋 – 左右岔開1/4空間週期 – 交替展現。一黑一白條紋是一個空間週期，或稱為360°，兩張柵紋則是岔開90°，左右搖擺、振動著(jittering)(見圖)。

嬰幼兒單眼的運動覺是鼻、顳側不對稱的。正常的成長過程，這不對稱在半歲到一歲漸漸發育成為鼻、顳側對稱的。幼兒型內斜視(Infantile esotropia)的病人即便長大成人，運動覺依舊維持是鼻、顳側不對稱的。

運動覺鼻、顳側不對稱的人，右眼偏好向左的運動，左眼偏好向右的運動。柵紋左右搖擺，對右眼來說，向左運動誘發比較大的電位，向右運動誘發比較小的電位(上圖)；對左眼來說，向右運動誘發比較大的電位，向左運動誘發比較小的電位(下圖)。穩態視誘發電位都有強的基頻(1f)電位，但是左、右眼的相位岔開180°。

運動覺鼻、顳側對稱的人，向左運動和向右運動誘發相同的電位，穩態視誘發電位於是集中在2倍頻率(2f)上(見圖)。

以極座標作圖，左圖(A)欄是正常成人，運動覺鼻、顳側是對稱的，穩態視誘發電位於是集中在2倍頻率(2f)上，基頻(1f)上能量很低，兩眼的相位也相同。中圖(B)欄是正常嬰兒，運動覺鼻、顳側是不對稱的，穩態視誘發電位於是集中在基頻(1f)上，2倍頻率(2f)上能量很低，基頻的相位兩眼相差180°。右圖(C)欄是幼兒型內斜視長大的成人，運動覺鼻、顳側一直維持是不對稱的，穩態視誘發電位於是集中在基頻(1f)上，2倍頻率(2f)上能量很低，基頻的相位兩眼相差180°。

Norcia AM, Garcia H, Humphry R, Holmes A, Hamer RD, Orel-Bixler D. Anomalous motion VEPs in infants and in infantile esotropia. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1991;32(2):436-439.

運動覺鼻、顳側不對稱表現在眼球的運動方面，有視動眼震鼻、顳側不對稱，反轉柵紋測試(Reversing grating test)鼻、顳側不對稱等等。這個不對稱的性質是存在視覺的感覺系統(sensory system)或運動系統(motor system)呢？從枕部電極的視誘發電位記錄，我們可以知道運動覺鼻、顳側不對稱性在感覺系統、視皮質就已經存在。

Wang AH, Norcia AM, Jampolsky A. Reversing grating as a simple clinical method to test the symmetry of motion perception and potential binocularity. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1993;33(4):1340.

隨著正常雙眼視的發育，鼻、顳側不對稱的運動覺漸漸發育成為鼻、顳側對稱的運動覺。越細的柵紋(高空間頻率)(右邊兩圖)、左右振動越快的柵紋(高時間頻率)(下面兩圖)發育成熟，或者說穩態視誘發電位由基頻(1f)為主發育成為2倍頻率(2f)為主，的年紀越遲。即便兩歲之後才發生的內斜視(late-onset esotropia)，視誘發電位還是可以記錄到一些運動覺鼻、顳側的不對稱性。

Hamer RD, Norcia AM, Orel-Bixler D, Hoyt CS. Motion VEPs in late-onset esotropia. Clinical vision sciences 1993;8(1):55-62.

及早手術或注射肉毒桿菌素(Botox)矯正幼兒型內斜視的眼位可以恢復週邊視野的融像功能(peripheral fusion)，它是不是也可以促使鼻、顳側不對稱的運動覺發育成為鼻、顳側對稱的運動覺呢？Dr. Arthur Jampolsky、Dr. Keith McNeer、Dr. Lawrence Tychsen都曾經使用穩態視誘發電位證明那是可能的。

Arthur Jampolsky, MD Lawrence Tychsen, MD | Ophthalmology & Visual Sciences ...