J. Neurol. 213, 97--103 (1976) © by Springer-Verlag 1976

Methodik und Auswertung visuell evozierter EEG-Potentiale bei Verdacht auf multiple Sklerose* D. L e h m a n n u n d Z. Mir** Neurologische Universit~tsklinik,Zfirich, Schweiz Eingegangen am 2. Februar 1976

Methods a n d E v a l u a t i o n of Visually E v o k e d E E G P o t e n t i a l s i n Cases of Suspected Multiple Sclerosis Summary. In multiple sclerosis, average EEG potentials which are monocularly evoked by checkerboard pattern reversal frequently show increased latencies of the dominant, occipitally positive peak (more than 110 ms), and latency differences of more than 6---7 ms between responses to right and left eye stimulation. Fixation of the stimulus field at the lower border causes significantly longer latencies and smaller amplitudes than fixation at the upper border. With lower border fixation, the increase of response latency may suggest a reversal of response polarity in extreme cases. Central fixation often but not always results in responses similar to upper border fixation. I n order to have minimal variability of the results, fixation of the stimulus field at the upper border is preferred over central fixation.

Key words: Multiple sclerosis - - Visual evoked potentials - - Evoked potentials - - Optic neuritis.

Zusammen]assung. Durch Schachbrettmusterinversionmonocul~irevozierte gemittelte EEGPotentiale haben h~ufig bei multipler Sklerose verzfgerte Latenzen der occipital positiven Welle (fiber 110 ms) und Latenzdifferenzen fiber 6--7 ms zwischen rechts- und links~ugiger Reizung. Fixation des Stimulusfeldes am unteren Pol ffihrt zu signifikant l~ngeren Latenzen und geringeren Amplituden als Fixation am oberen Pol. Bei unterer Fixation kann die Verzfgerung in extremen Fiillen bis zu einer anscheinenden Polarit~tsumkehr der gemittelten Potentiate gehcn. Zentralfixation ffihrt oft, aber nicht immer zu gemittelten Potentialen, die jenen bei oberer Polfixation ~hneln. Fixation des Stimulusfeldes am oberen Pol ist daher der Zentralfixation vorzuziehen, um mfglichst geringe Streuung dcr Ergcbnisse zu erreichen. H a l l i d a y et al. (1972, 1973) bcschrieben bei P a t i e n t e n m i t m u l t i p l e r Sklerose eine h/~ufige V e r z f g e r u n g der visuell d u r c h S c h a e h b r e t t m u s t e r i n v e r s i o n evozierten g e m i t t e l t e n E E G - P o t e n t i a l e . Bei dieser Methode werdeu die s o g e n a n n t e n t r a n s i e n t e n evozierten P o t e n t i a l e b e n u t z t , i m Gegensatz zu der k o m p l i z i e r t e r e n Merhode y o n Milner et al. (1975), bei welcher die ,,steady s t a t e " - P o t e n t i a l e ausgewertet werden. H a l l i d a y e t al. b e n u t z t e n e i n e n Drehspiegel zur S c h a c h b r e t t * Unterstfitzt yon Stfftung ffir wissenschaftliche Forschung Zfirich und Schweizerischem Nationaffonds. ** Stipendiat der Roche-Studienstfftung. Adresse: Draskoviceva 4A, 4100 Zagreb, Jugoslawien.

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MAX. LATFNZ

Abb. 1. Maximale Latenz (Millisekunden) der occipital positiven EEG-Antwor~ auf Schachbrettinversion bei 58 Personen (O Gesunde, Q Patienten ohne Verdacht auf N. opticus-L~Lsion, • M.S.-Verdacht, O klinisch sichere M.S.). Senkreeht: Differenz der Laf~nz (Millisekunden) zwischen Antwort auf Reizung des rechten und des linken Auges musterinversion. Die Autoren (1972) berichtcten 120,1 ± 4,0 ms bei Normalen als Durchschnittswert der Latenz des positivcn occipitalen Wellengipfels; mit einem anderen Drehspiegel fanden sic sp/Lter (1973) 103,8 ± 4,3 ms. Asselman et al. (1975) fanden 90,5 ± 4,3 ms ffir Normale unter 60 Jahrcn. VcrzSgerung der positiven Antwort fiber 115 ms wurde yon Halliday et al. (1973) in 33 yon 34 sicheren MS-F/~llen gefunden und als Hinweis fiir eine bestchcnde N. opticusSch~Ldigung betrachtet. Als zweites Kriterium einer anzunehmcnden N. opticus-L/Lsion haben wir eine Differenz yon mehr als 6 ms zwischen den Latenzen der Antworten auf Stimulation des rechten und des linken Auges beschricben (Lehmann u. Mir, 1975), und Asselman et al. (1975) berichteten kiirzlich ~Lhnliche Ergebnisse, wobci 7 ms als Kriterium angegeben wurden. Abbildung 1 zeigt eine Auswertung der Ergcbnisse yon 58 zuf/Lllig aufeinanderfolgenden Untersuchungen mit dem leicht modifizicrten Hallidayschen Verfahrcn. Benutzt wurden ein monocul/~res kreisrundcs Feld yon 15 ° Sehwinkcl, 1,1 ° Sehwinkel pro Karo, helle Karos yon 200 ft. L. Leuchtdichte, 96% Kontrast, zentraler Fixationspunkt, eine Verschiebungsperiode pro Sekundc (2 Inversionen) um ein Bildelemcnt in waagrechter Richtung, Drehspiegcl yon Hugo Sachs (March bei Freiburg i. B.), Rcferenzelektrode bei 40% des Abstandcs ~Tasion--Inion in der Mittellinie, Mittelung von 110 EEG-Antworten, Messung der Latenz bis zum

Visuell evozierte EEG-Potentiale bei Verdaeht auf multiple Sklerose

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A

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~

\,/ Abb. 2A u. B. Gemittelte EEG-Potentiale (n ~ 110), evoziert durch Schaehbrettmusterinversion. Siehere M.S. OD Muster gesehen mit reehtem Auge, OS mit linkem Auge. Gruppe A: Fixation am oberen Pol des Stimulusfeldes, Gruppe B: im Zentrum. Referenz bei 40O/o NasionInion. In jeder Gruppe ist Zeile 1 • Referenz gegen Elektrode bei 90~o Nasion-Inion-Abstand, Zeile 2: gegen rechts occipital (02), Zeile 3: gegen links occipital (01), Zeile 4: gegen 1 cm fiber Inion. Aussehlag naeh unten ist Positivitgt der aktiven Elektrode im Vergleieh zur Referenz. Kalibrierung 100 ms, 5 ~V. - - Beaehte die sehr ~,hnliehe Antwortlatenz in den jeweils 4 verschiedenen Elektrodenkombinationen M a x i m u m d e r Positivit/~t a n d e r oecipitalen E l e k t r o d e bei 9 0 % des N a s i o n - I n i o n A b s t a n d e s . A b b i l d u n g 2 zeigt R e s u l t a t e y o n e i n e m sieheren lVI.S.-Fall, A b b i l d u n g 3 zeigt einen N o r m a l b e f u n d . L a t e n z w e r t e iiber 110 m s w u r d e n n u t bei je 1 G e s u n d e n (der w e i t e r u n t e n b e s p r o c h e n wird) u n d 1 P a t i e n t e n ohne V e r d a c h t a u f 1~. o p t i c u s N e u r i t i s (d. h. a u c h ohne V e r d a c h t a u f M.S.) gesehen. Verl/ingerte a b s o l u t e L a t e n z e n lagen bei allen kliniseh sieheren M.S.-F/~llen u n d bei vielen M . S . . V e r d a e h t f~tllen vor. Die D a t e n d e r A b b i l d u n g 1 zeigen w e i t e r deutlieh, d a b Latenzdifferenzen iiber 6 m s zwisehen d e n A n t w o r t e n a u f R e i z u n g des r e e h t e n u n d des l i n k e n Auges ( I l l u s t r a t i o n A b b . 2) n u r bei M.S.-verd~ehtigen oder sieheren M.S.-F/~llen b e o b a e h t e t w u r d e n u n d n i c h t bei l ~ o r m a l e n o d e r bei P a t i e n t e n ohne V e r d a e h t a u f N. optieus-L~sion. D a b e i ist zu b e a e h t e n , d a b eine a b n o r m e Differenz a u c h i n n e r h a l b des a b s o l u t e n N o r m M b e r e i e h s der A n t w o r t l a t e n z (yon uns bis zu 110 m s ~kzeptiert) v o r k o m m e n k a n n . Die d u r c h s e h n i t t l i c h e A n t w o r t l a t e n z unserer n o r m a l e n P e r s o n e n u n d P a t i e n t e n ohne V e r d a c h t a u f N. optieus-L/~sion y o n A b b i l d u n g 1 w a r 97,8 =k 5,6 ms. Die Differenz zu d e n ebenfalls m i t Z e n t r a l f i x a t i o n y o n H a l l i d a y et al. (1972, 1973)

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Abb. 3A--C. Gemittelte EEG-Potentiale (~ ----110), evoziert durch Schachbrettmusterinversion. Gesunde Versuchsperson. Gruppe A: Fixation am oberen Pol des Stimulusfeldes, Gruppe B: im Zentrum, Gruppe C: am unteren Pol. Weitere Erkl~rungen s. Abbildung 2. - Beachte ~hnliche Antwortlatenz bei Fixation oben (A) und zentral (B) und Asselman et al. (1975) beriehteten Normalwerten ist wahrscheinlich dureh untersehiedlich sehnelle Spiegeldrehung zu erkl/~ren. Kleinere oder grSBere Karos (0,3 bis 2°), kleinere oder grSBere Felder (8 bis 30°), Ver/inderungen der Liehtintensit/it um 50% und erhebliche Defocusierung haben k a u m Effekt auf die Latenz (nur wenige Millisekunden), beeinflussen jedoch deutlich die Amplitude. Auch bei kleinen Kindern und alten Gesunden wurden fibrigens Latenzen yon um 90 ms beobachtet. Verschiebung des Musters in senkrechter start waagrechter Riehtung 1/~Bt die Latenz unbeeinfluBt. Wie die Abbildungen zeigen, sind die Elektrodenpositionen ebenfalls nicht besonders kritisch, obwohl mit den Elektroden in der Mittellinie die besten Antworten gefunden werden. Als Referenz kSnnen auch die Ohren dienen. Die Methode ist also sehr robust, und die Auswertung verlangt grunds~tzlich keine Altersadjustierung. Bei der Inspektion der Abbildung 1 f/illt eine gesunde Versuchsperson mit erheblich fiber dem Durehschnitt liegenden Antwortlatenzen auf. Ausffihrliche Untersuchungen mit dieser Versuchsperson zeigten, dab ,,normale" Latenzen er-

¥isuell evozierte EEG-Potentiale bei Verdacht auf multiple Sklerose

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.i..

Abb. 4A--C. Gemittelte EEG-Potentiale (~ = 110), evoziert durch Schachbrettmusterinversion. Qesunde Versuchsperson. Weitere Erklgrungen s. Abbildung 3. - - Beachte ghnliche Antwortlatenz bei Fixation zentral (B) und unten (C) reicht werden (105 start 116 ms), wenn die gersuchsperson den oberen Rand des F d d e s start die Mitre fixierte, wenn also die obere Rethuahglfte den Stimulus sah (Abb. 4}. Dieser Befund erinnert an die yon Eason et al. (1967) mitgeteilten Ergebnisse yon Blitz-evozierten Potentialen, bei denen lgngere Antwortlatenzeu f~r Stimulation der unteren gegeniiber der oberen Retinahglfte gesehen wurden. Halliday u. Michael (1970), Michael u. Halliday (1971) und Jeffreys u. Axford (1972) hatten fiber eine Polarit~tsumkehr bei g|eichbleibender Amplitude bei Stimulation der oberen vergliehen mit der unteren Retinahglfte beriehtet. I m FaUe einer einfachen Potentialumkehr der ganzen Wellenform fiir die Stimulation der oberen und unteren Retinah~lften w~re als Resultat einer gesamten Retinastimulation keine meBbare Antwort zu erwarten, da sich offenbar die beiden Antworten zu Null addieren sollten. Diese Erwartung wird durch unsere (1975) und Halliday et al. (1972, 1973) und Assdman et al. (1975) Befunde nicht best~tigt. Fixation des Stimulusfeldes in der Mitre bringt Potentiale, die nach unserer Erfahrung keineswegs systematisch kleiner sind als bei Fixation des Oberrandes des Stimulusfeldes.

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D. Lehmann und Z. Mir

Tabelle 1. Latenz (Millisekunden) der occipital positiven Komponente des evoziert~n Potentials bei verschiedener Fixation des Stimulusfeldes Fixation Auge

Oben re.

li.

Mitre re.

li.

Unten re. li.

Latenz 2 S.D. n = 12

95,2 6,3

95,8 5,6

98,3 5,5

99,4 5,7

118,2 13,2

Latenz ~ S.D. n = 19

95,3 6,2

95,4 5,9

97,5 6,0

98,4 6,2

118,8 14,6

nicht verl~fllich mei3bar

Bei systematischen Vergleichen der gemittelten EEG-Potentialformen, die durch Stimulation der oberen nnd untcren Retinah~lfte erzeugt werden, fanden wir, dal3 die Wellenform nur bei einzelnen Versuchspersonen eine als partielle Potentialumkehr interpretierbare Ver~nderung aufweist, und zwar nur fiir kiirzere zeitliche Abschnitte der evozierten Antwort. I n der Tat ist der fibliche Befund eine Verz6gerung und Amplitudenverminderung der Antwort bei der Stimulation der unteren im Vergleich zur oberen Retinahi~lfte (Abb. 3); die Amplitudenverminderung ist iibrigens dabei nicht selten so erheblich, dal~ mit einer kleinen Anzahl von Mittelungsschritten (etwa n = 110) keine verliil31ich mel3baren Wellenformen entstehen. Von einer allgemeinen Umkehr des cvozierten Potentials kann also nicht die Rede sein (s. auch Spekreijse et al., 1973), und damit erkl~rt sich auch die Anwendbarkeit der Zentralfixation in der Praxis. Endlich p a ] t auch der Befund einer signifikant langsameren Reaktionszeit bei Stimulation der unteren gegenfiber der oberen Retinah~lfte (Eason et al., 1967) gut zu der VerzSgerung und Verkleinerung des evozierten Potentials bei Stimulation der unteren Retinah~lfte. Bei dem Vergleich der Latenz der occipital positiven EEG-Antwort bei Stimulusfeldfixation oben, zentral und untcn fanden wir in einem Kollektiv von 19 zuf~llig nacheinander untersuchten Personen mit normalen EEG-Antwortlatenzen folgende in Tabelle 1 gezeigten Durchschnittswerte. Die in Tabelle 1 gezeigte Latenzdifferenz zwischen Fixation oben nnd zentral ist in Wilcoxon-Tests (n = 19) signifikant (rechtes Auge P < 0,03; linkes Auge P < 0,01) und im Einzelfall (s. etwa Abb. 4) praktisch yon grol3er Wichtigkeit. Die signifikanten Latenzdifferenzen zwischen oberer und zentraler Fixation einerseits gegenfiber nnterer Fixation andererseits (Wilcoxon-Tests, n = 12, P < 0,005) zeigen, dab bei Zentralfixation die Mitstimulation der unteren Retinahiilfte einen (wenn auch yon Person zu Person verschieden starken) Ambivalenzfaktor in die Latenzmessung der gewShnlich durch die obere Retinah£1fte dominierten EEG-Antwort bringt. Dies wird auch deutlich, wenn man die hohe Streuung der Latenzdifferenzen zwischen oberer und Zentralfixation beachtet (fiir rechtes Auge bei £----2,2--SD----4,5; ftir linkes Auge bei £ = 3 , 0 - - S D = 4,3). ttier ist nicht der Ort, auf die (~berlegungen einzugehen, die Halliday u. Michael (1970), Michael u. Halliday (1971) und Jeffreys u. Axford (1972) fiber dig mutmaBlichen Generatoren der durch Schaehbrettinversion evozierten Potentiale angestellt

Visuell evozierte EEG-Potentiale bei Verdacht auf multiple Sklerose

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haben. Grunds~tzlich sind f'tir solehe F r a g e s t e l l u n g e n u. E. n i c h t I n t e r p r e t a t i o n e n d e r Wellenform, evtl. m i t Messung y o n S p i t z e n - W e l l e n t a l - D i f f e r e n z e n , s o n d e r n Messungen d e r F e l d v e r t e i l u n g e n nStig ( L e h m a n n , 1972), tiber die wir in einer and e r e n M i t t e i l u n g b e r i c h t e n ( L e h m a n n et al., 1976). Z u s a m m e n f a s s e n d h a l t e n wir lest, d a b die d u r c h S c h a c h b r e t t i n v e r s i o n evozierten P o t e n t i a l f o r m e n m i t i h r e n W e l l e n l a t e n z e n v e r s c h i e d e n s i n d in Abh~ngigk e i t y o n d e r S t i m u l u s l o k a l i s a t i o n a u f d e r R e t i n a . I n s b e s o n d e r e finden sich bei S t i m u l a t i o n d e r u n t e r e n R e t i n a h ~ l f t e sp~tere, niedrigere u n d in p r a x i iibrigens weniger k o n s t a n t e A n t w o r t e n als bei S t i m u l a t i o n d e r oberen Retinah~Ifte. Die b i s h e r in d e r L i t e r a t u r angegebene Z e n t r a l f i x a t i o n g i b t eine v o n F a l l zu F a l l versehieden g e w i e h t e t e Mischung d e r ,,oberen" u n d , , u n t e r e n " A n t w o r t , m i t iiblieherweise m a s s i v e m ]~berwiegen des Einflusses d e r oberen Retinah£1fte. W i t schlagen d a h e r vor, die S t i m u l a t i o n d e r oberen R e t i n a h ~ l f t e fiir die R o u t i n e u n t e r s u e h u n g zu benutzen, u m U n k l a r h e i t e n u n d allf~llige falseh p a t h o l o g i s c h e R e s u l t a t e zu v e r m e i d e n . Die B e w e r t u n g d e r R e s u l t a t e d e r U n t e r s u e h u n g d e r u n t e r e n R e t i n a h~lfte sollte a u f n o c h zu e r a r b e i t e n d e n N o r m d a t e n basieren.

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med. pract. Zvonko Mir Dra~tkovideva 4A 4100 Zagreb, Jugoslawien