Curs Electroretinografie Prez

Curs: ELECTRORETINOGRAFIE ELECTRORETINOGRAFIE ȘI ELECTROOCULOGRAFIE ELECTROOCULOGRAFIE – Prof. Hariton COSTIN COSTIN

ELECTRORETINOGRAFIE ȘI ELECTROOCULOGRAFIE 1. INTRODUCERE celule din globul ocular , care sunt responsabile de transformarea Retina este un strat sub țire de celule din luminii în luminii în semnale nervoase, nervoase , la vertebrate și o parte din cefalopode. cefalopode.

Figura 1. Diagrama ochiului uman La vertebrate stratul neuronal care transmite informa țiile către creier este așezat pe partea anterioar ă a retinei, astfel încât lumina trece întâi prin el, înainte de a ajunge la celulele fotosensibile; aceasta este și cauza pentru care exist ă o „ pat pat ă oarbă” pe retină, o zonă f ăr ă fotoreceptori (nu se poate percepe lumina în acea zon ă), pe unde neuronii ajung în spatele ochiului, ochiului, pentru a forma nervul optic. optic. În centrul retinei (acolo unde este intersectată de axul optic) se g ăsește o zonă în care celulele fotosensibile sunt foarte concentrate, numit ă pat ă galbenă, care furnizeaz ă creierului cea mai clar ă imagine. Raza de lumin ă str ăbate retina, alcătuită din retina epitelial ă sau pigmentat ă și retina neuronală care se continu ă cu nervul optic, care conduce impulsurile prin chiasma optic ă la centrul optic din creier . Lumina str ăbate în prealabil cornea, corpul apos, deschiderea irisului, pupila, lentila, cristalinul și corpul vitros.

Structura retinei Prin observarea retinei la microscop se poate vedea stratificarea acesteia, ea având mai multe tipuri de celule. 1

Curs: ELECTRORETINOGRAFIE ȘI ELECTROOCULOGRAFIE – Prof. Hariton COSTIN

(a) Celule fotosensibile, care recepționeaz ă lumina, transformând-o în impuls nervos; acestea sunt celule cu conuri și celule cu bastonașe. (b) Celulele interneuronale: există celulele bipolare și cele orizontale, care sunt celule neuronale ce transmit impulsul nervos de la celulele senzitive numai în zona retinei. (c) Celulele ganglionare, care transmit impulsurile în afara retinei prin nervul optic. Analiza retinei in situ cu tehnici oftalmoscopice nu arată natura disfuncțiilor retinale.

2. ELECTRORETINOGRAFIE Electroretinografia (ERG) produce informații legate de funcțiile retinei.

ERG folosește impuls luminos controlat ce stimuleaz ă retina, care r ăspunde prin generarea unor semnale electrice foarte mici, ce pot fi înregistrate prin amplificare folosind electrozi situați de obicei în contact cu cornea ochiului. Aceste semnale electrice, care produc ERG, au parametri bine defini ți (formă, amplitudine, variație în timp) pentru subiec ți normali și sunt alterați în manier ă predictibilă în caz de boal ă. În general, cu cât intensitatea stimulului crește, cu atât mai mare este amplitudinea și mai scurt este impulsul principal al ERG, ceea ce arată capacitatea de adaptare a retinei la stimuli externi. O ERG specială este electroretinograma ”pattern” (PERG), care redă r ăspunsul retinei la un stimul luminos specific, de tipul tablei de șah cu pătrate albe și negre. PERG este utilă la interpretarea potențialului evocat vizual (PEV). ERG depinde nu doar de m ărimea stimulului și de parametrii tehnici ai înregistr ării, dar și de capacitatea de adaptare a ochiului la stimul. Prin urmare, a fost realizat ă o standardizare în domeniu, anume pentru ERG, PERG, PEV și EOG (electrooculogram ă). Trasee tipice normale de ERG apar în Figura 1. 400 μV 200 μV 0V 0

100ms

Figura 1. Trasee tipice normale de ERG Există două tipuri de celule fotoreceptoare: celule cu bastonașe și celule cu conuri . Primul tip acționeaza la lumină mai slabă, există cca. 100 mil. de bastona șe care prezintă rezoluție spațială mare și rezoluție temporală redusă. Au adaptare redusă la schimbările de intensitate luminoas ă și nu permit vederea în culori. Au sensibilitatea spectral ă maximă în jurul a 500 nm. 2


Celulele cu conuri (prescurtat, conuri) sunt de trei tipuri: (a) S (sensibile la lungimi de und ă mici – albastru, cca. 800.000); (b) M (λ medii – verde, cca. 7 mil.); (c) L (λ mari - roșu, cca. 7 mil.). Conurile sunt sensibile la lumin ă intensă, au rezoluție spațială mare, deci permit acuitate vizuală mare și se adaptează rapid la schimbările de lumină. Au sensibilitatea spectral ă maximă globală la 550 nm (verde-galben). ERG se înregistrează cu un aparat tip Ganzfeld, cu form ă sferică, ce permite iluminare uniformă. Stimularea este prin impuls luminos, dar exist ă și un fond luminos care permite adaptare fotopică (la lumină diurnă). Electrozii sunt bipolari și au un electrod de referin ță intern. Impulsul luminos standard are valoarea de 1,5-3 cd / m 2.

Figura 2. (a) Aparat Ganzfeld pentru ERG; (b) subiectul poziționat; (c) imagine în infraroșu, cu care se monitorizează poziția ochilor și deschiderea lor în timpul adaptărilor la lumină și întuneric. Electrozii corneali sunt din foiță de aur, pe frunte este electrodul de masă iar pe tâmple se află electrozii de referință

Figura 3. Un aparat de ERG miniatural, bazat pe LED, cu patru canale de culoare independente (albastru, verde, portocaliu, roșu), fiecare putând funcționa ca stimul, ca fond luminos sau în combinație 3

Curs: ELECTRORETINOGRAFIE ȘI ELECTROOCULOGRAFIE – Prof. Hariton COSTIN ERG TIP ”PATTERN” (PERG)

Răspunsul retinei la un stimul structurat izoluminos, de obicei o tabl ă de șah cu pătrate albe și negre, se nume ște ”ERG pattern” (șablon, formă). PERG se înregistrează cu electrozi auriți în contact cu cornea, pentru a p ăstra geometria optică a ochiului. Electrozii de referință laterali, din zona tâmplelor, sunt esen țiali pentru preîntâmpinarea artefactelor tip poten țial evocat vizual (PEV), care survin la folosirea electrozilor de referin ță pe frunte sau ureche. ERG MULTIFOCAL (mfERG )

mfERG produce informație spațială privind funcționarea celulelor con în retina central ă. Stimulul folosit de obicei const ă în multiple hexagoane afi șate pe ecran (Fig. 4), fiecare din ele ”clipind” după o secvență pseudo-aleatoare binar ă (secvență M). mfERG pune în evidență dereglări ale funcției maculare (a ”petei galbene”) și evaluează implicarea retinei centrale în diverse boli retinale. Analiza depinde îns ă puternic de fixația redusă a ochiului pe parcursul înregistr ării, ceea ce-i scade semnifica ția clinică. Este deci necesar un sistem de control al furniz ării semnalului-r ăspuns în funcție de poziția globului ocular, lucru realizat de dispozitive care urmăresc automat mișcarea ochiului (‘‘eye-tracking’’) și de vizualizarea direct ă a fundului de ochi pe durata stimulării.

Figura 4. (a) stimulul tipic pentru ERG multifocală; (b) subiect normal; (c) distrofie macular ă (pierdere în r ăspunsul la hexagoanele centrale); (d) distrofie retiniană cu scăderea funcției maculare centrale și cu pierdere în r ăspuns la periferie 4

Curs: ELECTRORETINOGRAFIE ȘI ELECTROOCULOGRAFIE – Prof. Hariton COSTIN Aplicaț ii clinice ale ERG

Figura 5 prezintă anormalități ERG tipice, în comparație cu ERG la subiect normal. Coloana A: subiect normal. Coloana B: pacient cu disfunc ție macular ă; PERG este nedetectabil ă, dar diverse ERG sunt normale. Coloana C: o retinit ă pigmentar ă clasică (”retinitis pigmentosa”); toate semnalele ERG obișnuite au dispărut, dar PERG este normală, reflectând scăderea funcției retiniene centrale. Coloana D: distrofie a celulelor fotosensibile (conuri și bastonașe, în retinitis pigmentosa); ERG pentru conuri și bastonașe sunt anormale (cu ERG a bastona șelor fiind mai afectată). PERG anormală arată implicarea maculei (petei galbene). Coloana E: distrofie a conurilor; ERG a bastona șelor și ERG pentru impulsuri luminoase str ălucitoare (”bright flash”) sunt normale, dar ERG pentru conuri în cazul impulsurilor singulare (”photopic ERG”) și ERG pentru impulsuri repetitive (” flicker ERGs”) sunt întârziate și reduse. PERG anormală reflectă implicarea maculei. Coloana F: boala orbirii nocturne sta ționare (tipul complet). ERG la bastona șe este nedetectabilă, dar unda ”a” normal ă în cazul ERG-”bright flash” confirmă că disfuncția este de postfototransducție.

Figura 5. Anormalități ERG tipice, în comparație cu ERG la subiect normal 5


3. ELECTROOCULOGRAFIA (EOG) Electrooculografia (EOG) este o tehnică pentru măsurarea potenț ial ului de repaus al retinei. Reprezentarea grafic ă se numește electrooculogramă. Principalele aplicații ale EOG sunt în diagnosticare oftalmologică și în înregistrarea mișcărilor globului ocular. Spre deosebire de ERG, EOG nu reprezint ă r ăspunsul la stimuli vizuali individuali. În esență, EOG reprezintă diferența de potențial dintre partea anterioar ă a ochiului – epiteliul cornean – și cea posterioar ă – epiteliul pigmentar retinian. Este considerat ă, d.p.d.v. clinic, o măsur ă a funcției epiteliului pigmentar retinian și a straturilor externe ale retinei. EOG este folosită pe scar ă largă pentru investigarea func ției oculomotoare a aparatului extrinsec al globului ocular. Axul anteroposterior al globului ocular se comportă ca un dipol, cu partea pozitiv ă anterior, iar cea negativă la interior. Prin mișcarea ochilor, cu ajutorul aparatului locomotor al globilor oculari, dipolul execut ă deplasări ale acestui vector.

Înregistrarea EOG. EOG presupune recoltarea de diferen ță de potențial dintre două puncte (Figura 6). Este o procedur ă neinvazivă și se pot folosi doi electrozi: unul ata șat lateral de ochi, celălalt medial, pe partea laterală a nasului. La începutul înregistr ării aparatul este calibrat. Calibrarea se face prin fixarea cu privirea a unor puncte care apar pe monitor, în condițiile menținerii fixe a poziției capului (condiție esențială pentru întregul experiment). După calibrare, dacă fixăm cu privirea un punct în fa ța noastr ă, graficul va fi aproximativ o linie dreaptă. La mișcarea ochilor în plan orizontal, capetele dipolilor se deplaseaz ă relativ față de electrozi și se creează astfel o variație de potențial între cei doi electrozi, reprezentat ă printr-o inflexiune a graficului. La mi șcarea în direcția opusă, graficul va efectua o inflexiune invers ă, semn că dipolii revin în poziția inițială și chiar o depășesc. Astfel, graficul devine aproximativ o sinusoidă, ilustrând prin inflexiuni mi șcările în plan orizontal ale globului ocular. Similar, pentru înregistrarea mișcărilor în plan vertical, se utilizeaz ă doi electrozi situați deasupra ochiului (pe sprânceană), respectiv sub ochi. Se pot înregistra și simultan cele dou ă tipuri de mișcări, în plan orizontal și vertical.

3.1 Analiza mișcărilor oculare pentru identificarea activităților umane Analiza mișcărilor oculare este o nouă modalitate de a recunoa ște activitatea umană. Studiile efectuate cu sisteme EOG purtate de subiec ți au evidențiat 90 de tr ăsături diferite, bazate pe principalele tipuri de mi șcări oculare: sacade, fixaț ii și clipiri . Tr ăsăturile selectate combin ă redundanța

minimă cu

maxima

relevanță a

selecției

acestora.

Metodele

de

recunoaștere/clasificare a activit ății umane se pot baza pe clasificatori puternici, cum sunt 6


rețelele neuronale sau clasificatorii ”support vector machine” (SVM). Metoda de identificare a activității umane poate fi validat ă considerându-se un experiment cu cinci clase de activitate specifică: copierea unui text, citirea unei lucr ări tipărite, luarea de notițe scrise de mân ă, privitul la un film și navigarea pe internet. De asemenea, o a șasea clasă include perioade cu nicio activitate specifică (clasa de rejecție în teoria clasificării). Antrenarea sistemului trebuie f ăcută după o strategie independent ă de persoană (”leave-one-out”). Performanțele globale ale identificării tipului de activitate sunt în jurul unei precizii de 80%, pentru cele șase clase avute în vedere și pentru toți participanții la experiment (8-10 persoane), ceea ce indic ă o bună capacitate de identificare obiectiv ă și complet automată a activității umane (intelectuale) doar pe baza analizei mi șcărilor (involuntare) ale globilor oculari.

Figura 6. Electrozii EOG poziționați pentru înregistrarea mișcărilor orizontale și verticale ale ambilor ochi. Electrodul de referință este în mijlocul frunții

3.2 Diagnostic oftalmologic EOG se folosește la evaluarea func ției stratului pigmentat al retinei. În timpul adaptării la întuneric, potențialul de repaus descre ște ușor și atinge un minimum dup ă câteva minute. Dup ă aprinderea luminii, acest poten țial crește puternic către un maximum, apoi scade dup ă câteva minute când retina s-a adaptat la lumin ă. Raportul între potențialul maximum și cel minimum se numește raportul Arden. Practic, măsur ătoarea este similar ă celei pentru mișcarea ochilor. Pacientul comut ă poziția ochilor în mod repetat între două puncte simetrice față de o linie 7

Curs: ELECTRORETINOGRAFIE ȘI ELECTROOCULOGRAFIE – Prof. Hariton COSTIN centrală. Aceste poziții fiind constante, orice schimbare a poten țialelor înregistrate au drept

cauză o modificare a poten țialului de repaus.

Nistagmusul patologic Fenomen spontan sau provocat, congenital sau dobândit, caracterizat prin mi șcări involuntare și sacadate ale ochilor, de mic ă amplitudine, de cele mai multe ori orizontale, dar uneori verticale sau circulare. Un nistagmus poate fi de natur ă fiziologică sau patologic ă. Cel patologic rezultă din deteriorarea unuia sau mai multor componente ale sistemului vestibular , cum sunt canalele semicirculare, organele otolitice sau cerebelului vestibular. În general, nistagmusul patologic produce tulbur ări de vedere de diverse tipuri și severități. Nistagmusul este o boal ă relativ comună, afectând una din 5.000 – 10.000 de indivizi. Dispozitivele medicale specifice pentru înregistrarea și cuantificarea acestei boli se numesc electronistagmogra fe, care sunt variante de electrooculografe. Boli care prezint ă nistagmusul ca semn patologic: (a) neurologice: vertigo pozițional benign paroxistic, diverse traume ale capului, atac vascular cerebral (AVC); boala Ménière și alte tulbur ări de echilibru; scleroz ă multiplă; tumor i cerebrale (Medulloblastoma, Astrocytoma, alte tumori în fosa posterioar ă); sindromul WernickeKorsakoff; sindromul medular lateral; hipoplazia nervului optic; albinism; boala PelizaeusMerzbacher; fenomenul Tullio; boala lui Whipple etc. (b) toxice și metabolice: intoxicație cu alcool; litium; barbiturice; fenitoin (dilantin); salicylates; benzodiazepine; ketamine; alte anticonvulsive sau sedative; metilendioximetamfetamine (MDMA); metilendioxiamfetamine (MDA); encefalopatia Wernicke; deficiența tiaminei. (c) tulbur ări ale sistemului nervos central . Dacă nistagmusul patologic are origine în sistemul nervos central (de exemplu în zona cerebelului), mi șcările de tip nistagmus pot fi în orice direcție, inclusiv cea orizontal ă. Cauzele nistagmusului cu originea în sistemul nervos central pot fi: hemoragie talamică; tumori; AVC; traume; scleroză multiplă; ataxie cerebrală; malformația Chiari .

”ȘI EU AM NISTAGMUS ?” 8

Curs Electroretinografie Prez

Recommend Documents