1

Electrophysiologie humaine :Les potentiels évoqués

2

Méthodes

PE

Méthodes

Objectif Objectif

C’est le stimulus qui détermine la voie sensorielle explorée

Stimuler électriquement ou naturellement un récepteur sensoriel ou sa voie nerveuse afférente

Explorer les voies sensorielles depuis la périphérie jusqu’aux processus intracorticaux

Stimuler

Les Potentiels Évoqués

Stimuler

• PEV Potentiels évoqués visuels• PEA Potentiels évoqués auditifs• PES Potentiels évoqués somesthésiques

3

• PES Potentiels Evoqués Somesthésiques

• PEA Potentiels Evoqués Auditifs

• PEV Potentiels Evoqués Visuels

PE

Méthodes

Objectif

stimulus auditif

BEEP

stimulus visuel

stimulation électrique de fibres afférentes d’un nerf périphérique

Stimuler

Echiquier/ flash

4

Méthodes

Enregistrer

Signal V = E - R

PE

Méthodes

Objectif

Modifications de l’activité électrique nerveuse associées au stimulus S

Stimuler

Enregistrer

électrode exploratrice

électrode de référence

5

PE

Méthodes

Objectif

Représenter

Représenter

ampl

itude

(m

icro

volts

)

+

-

temps (millisecondes)

t = 0 : présentation du stimulus

Méthodes

Enregistrer

Stimuler

latence

po

lari

té

6

PE exogènes PE endogènes

survenue

intégrité fonctionnelle des voies nerveuses afférentes

intégrité fonctionnelle des structures centrales

(composantes cognitives)

précoce tardive

oui

oui

oui

non

PE

Méthodes

Objectif

Types de PE

Intérêt clinique

Intérêt clinique

Types de PE

P300

• Potentiel évoqués endogènes dans l’évaluation des comas

7

8

PE

Méthodes

Objectif

Types de PE

Intérêt clinique

Intérêt clinique

Avantages

Exploration fonctionnelle du SN central et périphérique

1 Examen non invasif

2 Ne nécessite pas la collaboration du sujet (patients comateux, jeunes enfants…)

Avantages

3 Diagnostic précoce de certaines pathologies (ex: sclérose en plaques)

4 Évaluation objective d’un dysfonctionnement des voies afférentes (médecine légale)

5 Possibilité de répéter l’examen: suivre l’évolution d’une pathologie dans le temps (monitoring soins intensifs, monitoring opératoire, suivi de pathologies évolutives)

9

Genèse

PE

Méthodes

Objectif

Intérêt clinique

Genèse

Charge isolée

Comment l’activité nerveuse produit-elle des ondes qu’on peut capter au niveau cutané?

Charge isolée

lignes de courant

lignes isopotentielles

◦ une charge isolée crée un champ électrique dans l’espace qui l’entoure

◦ une deuxième charge est attirée si de signe opposé / repoussée si de signe identique

◦ la force d’attraction s’exerce selon la direction de la droite joignant les deux charges

◦ son intensité est inversement proportionnelle au carré de la distance séparant les deux charges

Loi de Coulomb : F

14

Q.qr 2

= .

E= Fq

14

Qr 2

= .

t0

+

-

électrode exploratrice

10

Genèse

PE

Méthodes

Objectif

Charge isolée

Dipôle

Intérêt cliniqueDipôle

Genèse

Dipôle = 2 charges : ◦ de signes opposés◦ de même valeur absolue◦ séparées par une courte distance

0

+-

lignes isopotentielles

lignes de courant

Importance de :- l’orientation du dipôle- la distance du dipôle

VP =q 2a cos

40 r2

P

A(-q,-a) B(q,a)0

r

11

- -

++

0 0

+ - +(1)(2)(3)

(1)

(2)

(3)+

- (1)

+

-

Genèse

PE

Méthodes

Objectif

Charge isolée

Dipôle

Intérêt clinique

Neurone

Neurone

Genèse

PAlignes isopotentiellescourants locauxmilieu intracellulaire

milieu extracellulaire

propagation

12

+

-

+

-

+

- +++

---

+

-

+++

---

Genèse

PE

Méthodes

Objectif

Charge isolée

Dipôle

Intérêt clinique

Neurone

Neurone

Genèse

Syn Syn

Soma

Den

drite

Synapse excitatrice Synapse inhibitrice

dépolarisation de la membrane post-synaptique

hyperpolarisation de la membrane post-synaptique

13

Population

Genèse

Principe de superposition des champs électriques élémentaires:Dipôle équivalent

dipôle équivalent tangentiel dipôle équivalent radiaire

Genèse

Intérêt clinique

PE

Méthodes

Objectif

Charge isolée

Dipôle

Neurone

Population

Intérêt clinique

14

Population

Genèse

◦ Principe de superposition des champs électriques élémentaires: dipôle équivalent

◦ Effet de la distance entre source et électrodes d’enregistrementGenèse

Intérêt clinique

PE

Méthodes

Objectif

Charge isolée

Dipôle

Neurone

Population

Intérêt clinique

15

Population

Genèse

◦ Principe de superposition des champs électriques élémentaires: dipôle équivalent

◦ Effet de la distance entre source et électrodes d’enregistrementGenèse

Intérêt clinique

PE

Méthodes

Objectif

Charge isolée

Dipôle

Neurone

Population

Intérêt clinique

Cette dia peut être sautée

16

Population

Genèse

◦ Principe de superposition des champs électriques élémentaires: dipôle équivalent

◦ Effet de la distance entre source et électrodes d’enregistrementGenèse

Intérêt clinique

PE

Méthodes

Objectif

Charge isolée

Dipôle

Neurone

Population

Intérêt clinique

◦ Effet de la synchronisation des activités élémentaires

stimulus

population

stimulus

population

amplitude

amplitude

fibre 1

fibre 2

fibre i

fibre N

fibre 1

fibre 2

fibre i

fibre N

17

Genèse

Intérêt clinique

PE

Méthodes

Objectif

Intérêt clinique

Difficultés

Difficultés d’enregistrement

Faible amplitude des potentiels évoqués par le stimulus

Contamination du signal par des sources:

◊ internes - activité électroencéphalographique spontanée- activité électrique liée aux mouvements oculaires- activité électromyographique- activité électrocardiographique

◊ environnementales - courant domestique

100

250

1000

0.03 0.3 30 3000300

ECG

EMG

EOG

EEG

PE Fréquence (Hz)

V (μV)

18

Genèse

Difficultés

Techniques d’enregistrement

Minimiser le bruit

◊ interne - minimiser l’activité musculaire (relaxation)- minimiser les mouvements oculaires- garder les yeux ouverts >< ondes

◊ environnementale - fréquence de récurrence du stimulus à 3,1 Hz >< 50Hz

- cage de Faraday

100

250

1000

0.03 0.3 30 3000300

ECG

EMG

EOG

EEG

PE Fréquence (Hz)

V (μV)

Techniques

Intérêt clinique

PE

Méthodes

Objectif

Intérêt clinique

Bruit

à sa source :

19

Genèse

Difficultés

Techniques

Intérêt clinique

PE

Méthodes

Objectif

Intérêt clinique

Bruit

Electrodes

Techniques d’enregistrement

Electrodes - Exploratrice: cortex S1

- Référence: lobe de l’oreille ipsilatérale

- Masse: avant-bras ipsilatéral

Minimiser les impédances - électrode sous-cutanée- dégraisser la peau- pâte d’électrolytes

GENERATEURD’IMPULSIONS

3.1 Hz

STIM

E

R

M

20

Genèse

Difficultés

Techniques

Intérêt clinique

PE

Méthodes

Objectif

Intérêt clinique

Bruit

Electrodes

Amplification

Techniques d’enregistrement

Amplification

- pré-amplificateur: x1000

- amplificateur: x100

- amplification totale: x100 000

GENERATEURD’IMPULSIONS

3.1 Hz

STIM

PRE-AMPLIX1000

AMPLIX100

E

R

M

21

Techniques d’enregistrement

Filtres

Genèse

Difficultés

Techniques

Intérêt clinique

PE

Méthodes

Objectif

Intérêt clinique

Bruit

Electrodes

Amplification

Filtres

- Filtre passe-bande: 1-250 Hz

- Filtre ‘notch’: 50 Hz

100

250

1000

0.03 0.3 30 3000300

ECG

EOG

EEG

Fréquence (Hz)

V (μV)

PE

EMG

22

Genèse

Difficultés

Techniques

Intérêt clinique

PE

Méthodes

Objectif

Intérêt clinique

Bruit

Electrodes

Amplification

Filtres

Rejection

Techniques d’enregistrement

Réjection d’artéfacts

Supprime les parasites transitoires de grande amplitude

Enregistrement d’un grand nombre d’essais

100

250

1000

0.03 0.3 30 3000300

ECG

EOG

EEG

Fréquence (Hz)

V (μV)

Off-line : ~20% des essais

EMG

PE

Seuil de réjection :

On-line : essais > 500 µV

23

‘bruit’ ‘signal’ + ‘bruit’‘signal’

Genèse

Difficultés

Techniques

Intérêt clinique

PE

Méthodes

Objectif

Intérêt clinique

Bruit

Electrodes

Amplification

Filtres

Rejection

Moyennage

Techniques d’enregistrement

Moyennage

Augmente le rapport signal / bruit

n=1

n=10

n=100

Enregistrement d’un grand nombre d’essais

24

GENERATEURD’IMPULSIONS

3.1 Hz

STIM

E

R

M

PRE-AMPLIX1000

AMPLIX100FILTRES

REJECTIONARTEFACTS

MOYENNAGE

Genèse

Difficultés

Techniques

Intérêt clinique

PE

Méthodes

Objectif

Intérêt clinique

Bruit

Electrodes

Amplification

Filtres

Rejection

Moyennage

Dispositif

Techniques d’enregistrement

Dispositif

CONV A/D

25

Genèse

Difficultés

Techniques

Intérêt clinique

PE

Méthodes

Objectif

Intérêt clinique

Application

Stimuler

Application

Stimuler

Obtenir un PES du nerf médian

Quelles fibres?

A quelle intensité?

26

-

F

I B

R E

S

M Y

E L

I N

I S

E E

S

+

Fib

res

NO

N

myé

linis

ées

Fibres efférentes (motrices) et fibres

musculaires innervées

Fibres afférentes (sensorielles) et récepteurs associés

Fibres d’origine cutanéeFibres d’origine

musculaire ou articulaire

Diamètre(µm)

13-20

6-12

1-5

<1

Vitesse de conduction

(m/s)

65-100

30-60

5-25

<2

Aβ- Meissner (FAI)- Pacini (FAII)- Merkel (SAI)- Ruffini (SAII)

Ia

Ib

II

- fuseaux neuromusculaires

- organes tendineux de Golgi

- fuseaux neuromusculaires

- mécanorécepteurs articulaires

Col

onne

do

rsal

eAδ

- Thermorécepteurs

- Nocicepteurs mécanothermiques

- Mécanonocicepteurs à seuil élevé

- Nocicepteurs polymodaux (mécaniques, thermiques et chimiques)

C

III

IV

- terminaisons libres (musculaires et articulaires)

- terminaisons libres (musculaires et articulaires)

Col

onne

an

téro

laté

raleSEUIL

Bas

Elevé

Moto-neurones

- fibres extrafusales

- fibres extra & intra

fusales

- fibres intrafusales

α

β

27

Genèse

Difficultés

Techniques

Intérêt clinique

PE

Méthodes

Objectif

Intérêt clinique

Application

Stimuler

Application

Stimuler

Obtenir un PES du nerf médian

Quelles fibres? Ia et Ib

Comment vérifier? Réaction motrice (petit mouvement du pouce)

A quelle intensité? 5 -10mA

Est-ce douloureux? Non

28

Genèse

Difficultés

Techniques

Intérêt clinique

PE

Méthodes

Objectif

Intérêt clinique

Application

Stimuler

Voie des colonnes dorsales et du lemnisque médian

thalamus(VPL)

2d RELAIS

cortex somesthésique primaire (S1)

lemnisque médianDECUSSATION noyau gracile (info des membres inférieurs)

ou cunéiforme (info des membres supérieurs)

1er RELAIS

colonne dorsale ipsilatérale

ganglion spinal

fibres Ia, Ib, Aβ et II

bulbe

29

Intérêt clinique

Genèse

Difficultés

Techniques

PE

Méthodes

Objectif

Application

Stimuler

Voie des colonnes dorsales et du lemnisque médian

Sensibilité proprioceptive et tactile précise

Fibres Fortement myélinisées : Ia, Ib, II et Aβ

Cordon spinal Voie des colonnes dorsales (ipsilatérales)

Bulbe Premier relais : noyau gracile ou cunéiformedécussation voie du lemnisque médian

Thalamus Second relais : noyau VPL (somesthésique spécifique)

Aire somesthésique primaire SI

Collatérales spinales - Neurones de la corne dorsale- Interneurones- Motoneurones α (fibres Ia)

Intérêt clinique

Cortex

30

Genèse

Difficultés

Techniques

PE

Méthodes

Objectif

Intérêt clinique

Application

Stimuler

Voie des colonnes antérolatérales ou extralemniscale

thalamus

2d RELAIS

cortex associatif

cortex somesthésiqueprimaire (S1)

VPLNoyaux

intralaminaires

Faisceau spino-réticulaire

Formation réticulaire

ganglion spinal

Colonne antérolatéralecontralatérale

Fibres A, III, IV et CDECUSSATION

Faisceau spino-thalamique

tronc cérébral

corne dorsale1er RELAIS

31

Voie des colonnes antérolatérales ou voie extralemniscale

Genèse

Difficultés

Techniques

PE

Méthodes

Objectif

Application

Stimuler

Intérêt clinique

Sensibilité douloureuse, thermique et tactile grossière

Fibres Aδ et III, peu myélinisées, et C et IV, non myélinisées

Niveau spinal Premier relais : corne dorsaleDécussation

Voie du cordon antérolatéral :

Faisceau spino-thalamique Faisceau spino-réticulaire

Projections sur la formation réticulée

Relais dans le noyau VPL (somesthésique spécifique)

Relais dans les noyaux intra-laminaires

(non-spécifiques)

Aire somesthésique primaire S1

Aires associatives

Tronccérébral

Thalamus

Cortex

32

proprioceptive,tactile précise

nociceptive, thermique,tactile grossière

dorsal antérolatéral

L’information somesthésique est acheminée depuis le ganglion rachidien jusqu’au noyau VPL du thalamus controlatéral, via deux grandes voies…

Cordon emprunté au niveau spinal

Types d’information somesthésique transmise

Types de fibres afférentes

Degré de myélinisation de ces fibres

Niveau où s’effectue le 1er relais

Niveau où s’effectue la décussation

Faisceau par où l’information arrive au thalamus

Aire corticale de projection

Autres projections de cette information

Ia, Ib, Ab & II Ad, III C, IV

fortement myélinisées peu myélinisées pas myélinisées

bulbaire spinal

bulbaire spinal

lemnisque médian faisceau spino-thalamique

S1 S1

collatérales au niv. spinal vers :

- neurones de la corne dorsale- interneurones- motoneurones (cas des fibres Ia)

substance grise centr. du mésencéph. + via faisceau spino-réticulaire :- formation réticulée- n. intralaminaires du thalamus (non spécifiques)- cortex associatif

33

Genèse

Difficultés

Techniques

PE

Méthodes

Objectif

Application

Stimuler

Intérêt clinique

Enregistrer

Application

Enregistrer

3 électrodes:

- Electrode de référence (lobe de l’oreille ipsilatérale)

- Masse (avant-bras ipsilatéral)

- Electrode exploratrice:

• Point d’Erb (plexus brachial) ipsilatéral:

• Niveau cervical:

• Cortex pariétal controlatéral (aire SI):

• Cortex frontal controlatéral:

Erb

C6sp ou C2sp

P’3 ou P’4

F’3 ou F’4

34

Genèse

Difficultés

Techniques

PE

Méthodes

Objectif

Application

Stimuler

Intérêt clinique

Enregistrer

Application

Enregistrer

système de repérage

Position des électrodes d’enregistrement

C3

C’3 ou P’3

P3

35

Enregistrement des modifications de l’activité nerveuse associée à la stimulation électrique du nerf médian

Application

Enregistrer

Genèse

Difficultés

Techniques

PE

Méthodes

Objectif

Application

Stimuler

Intérêt clinique

Enregistrer

Erb

N10N13

N11C6sp

P14

nerf médian

base du crâne

lemnisque médian

cortex

N20

bulbe

P’4

F’4

36

Genèse

Difficultés

Techniques

PE

Méthodes

Objectif

Application

Intérêt clinique

Interprétation

Interprétation

• Tous les pics importants sont-ils présents ?

•N10 N11 N13 P14 N20 P22 P27 N30 P45 N60

• Ces pics sont-ils normaux ?

à 3 points de vue :

•Temps de latence : délai entre le début du stimulus et l’onde

• Amplitude : mesure de l’ampleur de l’oscillation de l’onde

• Topographie : localisation du pic sur le scalp

37

Genèse

Difficultés

Techniques

PE

Méthodes

Objectif

Application

Intérêt clinique

Interprétation

Interprétation

Latence

Temps de latence d’un PE: délai entre le début du stimulus

et le sommet de l’onde

Il s’agit d’une valeur moyenne

Il existe une variabilité normale autour de cette valeur

Exemple: N20

- Temps de latence moyen- Déviation standard- Intervalle acceptable

: 20,2 ms

: 1,2 ms

: 16,6 à 23,8 ms

(20,2 ± 3x1,2)

Latence

38

Genèse

Difficultés

Techniques

PE

Méthodes

Objectif

Application

Intérêt clinique

Interprétation

Latence

Interprétation

Latence

Le temps de conduction (périphérique) augmente avec l’âge et la taille

• Soit on neutralise l’influence du temps de conduction périphérique sur la norme :

A) On soustrait le TL de la N10 des autres TLTL(N20) – TL(N10)TL(P14) – TL(N10)

B) On fait la différence entre les TL observés au niveau centralTL(N20) – TL(N13) = temps de conduction central (TCC)TL(P14) – TL(N11) = temps de conduction médullaireTL(N20) – TL(P14) = temps de conduction tronculaire

• Soit on tient compte de la taille et de l’âge du sujet dans le calcul de la norme :

TLmax(N20) = 7,540 + 0,087 . taille (cm) + 0,037 . âge (années)

39

Genèse

Difficultés

Techniques

PE

Méthodes

Objectif

Application

Intérêt clinique

Interprétation

Latence

Interprétation

Latence

0 10 20 40 60

Nerf médian gauche :

P4

C6sp

Nerf médian droit :

Erb

P4

C6sp

Erb

A gauche :TL(N20) = 19 msTCC = 8,5 ms

A droite :TL(N20) = 26 msTCC = 15 ms !!

TCC = TL(N20) – TL(N13) TCC max = 8,7 ms

40

Genèse

Difficultés

Techniques

PE

Méthodes

Objectif

Application

Intérêt clinique

Interprétation

Latence

Interprétation

Amplitude

Amplitude

Amplitude: Mesure de l’ampleur de l’oscillation d’une onde

41

Genèse

Difficultés

Techniques

PE

Méthodes

Objectif

Application

Intérêt clinique

Interprétation

Latence

Interprétation

Topographie

Amplitude

Topographie

24

6

8

1

3

5

7

42

Genèse

Difficultés

Techniques

PE

Méthodes

Objectif

Application

Intérêt clinique

Interprétation

• Stimulus laser douloureux appliqué sur le dos de la main => Voie antérolatérale

• Fibres Apeu myélinisées => Temps de latence très longs

• Ici, les noms des ondes n’indiquent pas le TL moyen, ou seulement un ordre de grandeur

• Nombreuses électrodes Exploratrices => amplitude codée en couleurs => topographie

10 µV

500 ms

-

+

CZ N2

P2P600

230-260 msN2

(µV)

-5 0 +5

P2

(µV)

375-425 ms

-13 0 +13

P600

(µV)

650-750 ms

0-9 +9

in Mouraux, 2005

Autre exemple

43