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Tali risposte possono essere ottenute dalle strutture sensoriali del cervello (sensitive, visive ed uditive) dopo stimolazione delle corrispondenti afferenze.

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Presentazione sul tema: "Tali risposte possono essere ottenute dalle strutture sensoriali del cervello (sensitive, visive ed uditive) dopo stimolazione delle corrispondenti afferenze."— Transcript della presentazione:

1 Tali risposte possono essere ottenute dalle strutture sensoriali del cervello (sensitive, visive ed uditive) dopo stimolazione delle corrispondenti afferenze (fibre nervose somatosensoriali, nervo ottico, nervo acustico) o, per quanto riguarda i Potenziali Evocati Motori (PEM), dal muscolo dopo stimolazione della corteccia motoria Potenziali Evocati risposte registrate a livello del sistema nervoso centrale e/o periferico in seguito ad una stimolazione esterna

2 MRI+FDG-PET Perché i PE nellera delle neuroimmagini?

3 Vantaggi Svantaggi Neuroimmagini Possibilità di individuare aree cerebrali molto piccole, attive in maniera fisiologica e/o patologica (RISOLUZIONE SPAZIALE) 1)Difficoltà nello stabilire lattivazione sequenziale delle strutture cerebrali (RISOLUZIONE TEMPORALE) 2)Difficoltà nel definire qualitativamente le modificazioni nellattività di una certa area cerebrale (inibizione? eccitazione?) 3)Difficoltà nello studio funzionale del troncoencefalo e del midollo

4 Walsh & Cowey, Nature Rev Neurosci 2000 x x

5 Potenziali Evocati Svantaggi Vantaggi Limitata risoluzione spaziale, anche utilizzando un numero elevato di elettrodi di registrazione e metodiche di decomposizione del segnale e analisi dipolare 1)Elevata risoluzione temporale 2)Possibilità di interpretare le modificazioni del segnale elettrico cerebrale in senso inibitorio o eccitatorio 3)Possibilità di studio funzionale del troncoencefalo e del midollo

6 Utilità dei Potenziali Evocati: 1)routine clinica (diagnosi, follow-up) Concetti di base per lutilizzo clinico routinario: - analisi del segnale e nomenclatura - generatori dei PE - tipi di PE 2) monitoraggio intraoperatorio (chirurgia vertebrale –SEP e MEP, chirurgia dellangolo ponto-cerebellare – BAERs) 3) Utilizzo per la ricerca

7 PROBLEMA: Lampiezza dei potenziali evocati è più piccola del segnale elettrico generato da altre sorgenti e accessibile da parte degli elettrodi registranti 1.EEG 2.Corrente di rete 3.EKG 4.Potenziali muscolari 5.Ecc…

8 SOLUZIONE: è la media di intervalli EEGgrafici dopo singoli stimoli. In tale media, solo il segnale con un rapporto di tempo costante con lo stimolo viene esaltato, mentre tutto il rumore di fondo, indipendente dallo stimolo, verrà progressivamente attenuato Averaging:

9 AVERAGING

10

11 Consente di mettere in evidenza anche componenti evocate meno stabili

12 Number of averages Signal to Noise is Proportional to the Square Root of the Number of Averages Chiappa

13 Come si generano i Potenziali Evocati? Dendrite post-synaptic potential ms duration Axon action potential 1 ms duration Good summation Bad summation Ionic currents

14 Gli spostamenti delle cariche ioniche causate dagli EPSP-IPSP generano dei potenziali extracellulari definiti Field potentials la cui registrazione allesterno dello scalpo costitutisce lEEG e le sue modificazioni. EEG

15 Il sistema Internazionale "10-20"

16 Lattività elettrica extracellulare, principale responsabile del segnale registrato dalla superficie del cuoio capelluto, dipende in gran parte dai potenziali postsinaptici eccitatori e inibitori

17 Come i PSPs si traducono nel segnale EEG? Sinapsi eccitatoriaSinapsi inibitoria Evento elettrico in superficie Evento elettrico in profondità

18 1)EPSP in superficie: registrazione dallo scalpo di un potenziale negativo 2)EPSP in profondità: registrazione dallo scalpo di un potenziale positivo 3)IPSP in superficie: registrazione dallo scalpo di un potenziale positivo 4)IPSP in profondità: registrazione dallo scalpo di un potenziale negativo

19 E molto importante considerare che il segnale registrato sulla superficie dello scalpo deriva dalla somma di più differenze di potenziale (dipoli) uguali per segno, verso e direzione generati da più neuroni disposti parallelamente

20

21 Nervo-plesso Midollo Talamo Corteccia Potenziali Far e Near Field

22 -Nel caso dei Potenziali Evocati, i far- fields si generano quando vi è un cambiamento nelle caratteristiche del mezzo (cambiamento di volume, di densità) -In realtà tutte le risposte post-sinaptiche evocate che registriamo dal sistema nervoso centrale sono dei far-fields

23 Potenziali Near Field

24 E possibile risalire dai potenziali registrati in superficie ai loro generatori profondi? Problema inverso

25 Problema inverso: -Dato un numero limitato di elettrodi di registrazione le soluzioni sono infinite -Esistono dei programmi di modellizzazione dipolare che permetto di formulare delle ipotesi -La congruenza fra lipotesi e la traccia registrata è espressa dalla varianza residua

26 Verticale o radialeOrizzontale o tangenziale Obliquo disposizione del dipolo

27 Limiti della modellizzazione dipolare: -Un bassa varianza residua non garantisce la correttezza del modello -E sempre necessario formulare unipotesi iniziale sul numero e sulla localizzazione dei dipoli -La risoluzione spaziale non è inferiore a ~9 mm anche utilizzando molti elettrodi registranti e proiettando i risultati sulla RM individuale

28 Vantaggi della modellizzazione dipolare: -Consente di separare le attività di generatori diversi, ma molto vicini nello spazio e nel tempo -Consente di paragonare le attività di singoli generatori in condizioni diverse

29 Il semplice studio topografico dei Potenziali Evocati può dare informazioni sui loro generatori Laccuratezza di una mappa topografica dipende: 1) dal numero di elettrodi, 2) dalla metodica di interpolazione (interpolazione lineare, spline)

30 Potenziali Esogeni ed Endogeni I Potenziali Evocati Esogeni sono interamente dipendenti dalle caratteristiche fisiche del segnale afferente (frequenza, intensità, durata) e non sono soggetti a modificazioni collegate allo stato cognitivo (per esempio di attenzione) del soggetto stimolato Sono Potenziali Evocati Esogeni i BAERs, i PES a breve latenza evocati dal midollo spinale (N13), dal troncoencefalo (P14) e dalla corteccia somatosensoriale (N20)

31 Potenziali Esogeni ed Endogeni I Potenziali Evocati Endogeni sono interamente dipendenti da fattori cognitivi soggettivi e possono anche non essere evocabili in determinate condizioni del soggetto stimolato, nonostante lintegrità anatomica delle vie afferenti Sono Potenziali Evocati Endogeni la P300, la CNV

32 Potenziali Esogeni ed Endogeni Alcuni PE, generalmente definiti a media latenza, sono evocati dallo stimolo afferente e dipendono dalle sue caratteristiche fisiche, ma vengono largamente influenzati dallo stato di vigilanza e di attenzione del soggetto Appartengono a tale categoria i potenziali evocati somatosensoriali P40 e N60

33 Elettromiografo amplificatori Testina paziente interfaccia Conversione A/D acquisizione elaborazione Controlli (sensibilità, filtri)

34 Lamplificatore differenziale è un dispositivo elettronico che amplifica la differenza tra i due segnali presenti ai suoi ingressi permette di eliminare componenti uguali per ampiezza e fase dei segnali di ingresso, la cui differenza algebrica è praticamente nulla Acquisizione: lamplificatore differenziale

35 Elevato guadagno (rapporto tra segnale in ingresso e segnale in uscita) per amplificare il basso segnale di ingresso (10000 volte) CMRR (common mode rejection ratio): rapp. di reiezione di modo comune indica la capacità dellamplificatore di reiettare/attenuare le componenti uguali dei segnali in ingresso e di amplificarne le differenze (100 dB). un alto CMRR è importante nelle applicazioni in cui linformazione rilevante è contenuta nella differenza di potenziale tra due segnali Acquisizione: lamplificatore differenziale

36 CONVERSIONE ANALOGICO-DIGITALE (A/D)

37 Il tempo di campionamento (Tc), o frequenza di campionamento (Fc) determinano la risoluzione del segnale (traccia) sullASSE ORIZZONTALE CONVERSIONE A/D campionamento

38 campionamento tempo segnale analogico

39 campionamento Fc tempo

40 segnale analogico campionamento Fc

41 tempo segnale analogico campionamento Fc

42 Il tempo di campionamento (Tc), o frequenza di campionamento (Fc) determinano la risoluzione del segnale (traccia) sullASSE ORIZZONTALE Più corto è il Tc o più alta è la Fc più sono i punti della traccia intercettati, più fedele è la riproduzione del segnale digitale CONVERSIONE A/D campionamento

43 Il teorema di Nyquist (teorema del campionamento o di Shannon) stabilisce le condizioni necessarie e sufficienti per la corretta conversione A/D di un segnale: la frequenza di campionamento deve essere almeno il doppio della frequenza più elevata nel segnale (Frequenza di Nyquist). CONVERSIONE A/D campionamento

44 Quando questa condizione è rispettata la forma donda originale può essere ricostruita con laccuratezza desiderata usando opportune formule di interpolazione a partire dallinformazione memorizzata in forma numerica. Al contrario se la frequenza di campionamento è troppo bassa rispetto alla frequenza massima del segnale da convertire la forma donda numerica risulterà distorta In particolare le frequenze superiori alla metà di quella del campionamento (Fc/2) appariranno come frequenze più basse (ALIASING). Questo errore non può essere corretto successivamente. CONVERSIONE A/D campionamento

45 Digitalizzazione EMG: Valori Tipici Tipo Segnale Ampiezza V IN RisoluzioneBanda FCFCFCFCIntervallo EMG ad Ago 0.1 – 20 mV V 0.39 V/digit 2 – Hz Hz Continuo VCM 0.1 – 20 mV V 0.39 V/digit 2 – Hz Hz 50 msec. VCS V 3200 V 48.8 nV/digit 5 – 2000 Hz 8192 Hz 50 msec. Singola Fibra 0.5 – 10 mV V 0.39 V/digit 500 – 5000 Hz Hz 5 msec. P V 1600 V 24.4 nV/digit Hz 256 Hz 800 msec. PES 2-10 V 1600 V 24.4 nV/digit Hz 8192 Hz 100 msec. PEV 5-20 V 1600 V 24.4 nV/digit Hz 512 Hz 250 msec. PEATC 0.2 – 1 V 800 V 12.2 nV/digit 3 – 3000 Hz Hz 15 msec. Calcoli effettuati con Quantizzazione a 16 bit Valori ricavati da: Recommendation for the Practice of Clinical Neurophysiology: Guidelines of the International Federation of Clinical Neurophysiology: 2nd revised and enlarged edition.Recommendation for the Practice of Clinical Neurophysiology: Guidelines of the International Federation of Clinical Neurophysiology: 2nd revised and enlarged edition. Supplement 52 to Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. Edited by G. DEUSCHL and A. EISEN - Elsevier

46 CONVERSIONE ANALOGICO-DIGITALE (A/D)

47 Determina la risoluzione del segnale (traccia) sullASSE VERTICALE LEEG viene trasformato in una sequenza di numeri interi misurandone lampiezza ad intervalli di tempo equidistanti (Fc) convertendo la tensione misurata in un numero intero CONVERSIONE A/D quantizzazione

48 La precisione con cui vogliamo misurare un oggetto Lunità di misura è rappresentata dal numero di bit

49 quantizzazione Il numero di linee è espresso dai bit e si esprime come potenza di 2 (2 nbit ) se sono 8 linee sarà espresso come 2 3

50 quantizzazione Aumentando i bit si aumentano il numero di linee

51 Il numero di bit (2n) utilizzato dal convertitore A/D determina la risoluzione del segnale (traccia) sullasse verticale Il valore minimo di ampiezza rappresentabile sullo schermo è dato dal segnale in ingresso diviso la risoluzione 3 bit corrispondono a 8 livelli (2 3 ) 16 bit corrispondono a livelli (2 16 ) CONVERSIONE A/D quantizzazione


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