Early Visual Evoked Potentials: An Indicator of Bioelectrical Activity of the Lateral Geniculate Nucleus?

Abstract

Background: In non-human primate experiments Schroeder et al. (1992) demonstrated that visual evoked activity of the lateral geniculate nucleus (LGN) can be recorded on the frontolateral epidural surface of macaque monkeys. So far it is not known whether analogous visual evoked potentials can be found on the scalp surface of humans.

Methods: The search for early visual evoked responses was performed in healthy volunteers with the following technique: white Ganzfeld-flash stimulation (< 100 µsec, 0.81 cd/m²s, frequency 1.1 Hz), low frequency filter 1 Hz, high frequency filter 100 Hz (12 db/octave), averaging of 100 stimulations. A topographic map of responses was recorded at standard electroencephalography scalp positions. In addition to these methods the following parameters were modified: stimulation (flash versus checkerboard reversal, monocular versus binocular), recording of right and left hemisphere responses, frequency filtering and frequency analysis.

Results: Scalp mapping of VEP responses indicated an early reproducible response with a wide frontolateral distribution consisting of a small positive and a larger negative potential (= GER − presumed geniculatum evoked response). A closer analysis of responses was performed at 6 different standard electroencephalography scalp positions electrode positions (F2, F4, FC2, FC4, FC6, C4) in 7 healthy volunteers. At FC4 the amplitude of the GER was maximal (4.8 ± 2.9 µV). The peak latencies were: positive wave 31.8 ± 2.8 msec, negative wave 43.6 ± 2.3 msec. Monocular stimulation resulted in nearly identical responses on both hemispheres. Amplitudes increase at binocular stimulation by + 44 % compared to monocular flashes. Frequency filtering and spectrum analysis clearly demonstrate that the GER mainly consists of < 30 Hz components. A comparable response with checkerboard reversal could not be detected after averaging of 100 stimulations and a rudimentary GER was found after 5000 sweeps.

Conclusions: An early wide spread visually evoked potential could be identified in humans that seems to be identical to the surface recorded response of the LGN that was previously described in non-human primate experiments.

Zusammenfassung

Hintergrund: In Versuchen an nicht humanen Primaten konnten Schroeder et al. (1992) nachweisen, dass im Corpus geniculatum laterale (LGN) generierte visuell evozierte Potenziale auf der frontolateralen Duraoberfläche abgeleitet werden können. Bislang ist nicht bekannt, ob ähnliche visuell evozierte Potenziale auf der Kopfhaut von Menschen darstellbar sind.

Methoden: Eine Aufzeichnung früher visuell evozierter Potentiale wurde an gesunden Probanden unter folgenden Bedingungen vorgenommen: Ganzfeld-Stimulation mit weißen Blitzreizen (< 100 µs, 0,81 cd/m²s, Frequenz 1,1 Hz), untere Grenzfrequenz 1 Hz, obere Grenzfrequenz 100 Hz (12 db/Oktave), Mittelwertbildung über 100 Blitzstimulationen. Es erfolgte eine topografische Kartierung evozierter Potenziale der Kopfhaut für Standard-Ableitpunkte der Elektroencephalografie. Darüber hinaus wurden folgende Untersuchungsparameter modifiziert: Stimulation (Blitz versus Schachbrettmuster-Umkehr, monokulare versus binokulare Stimulation), Ableitung auf der rechten und linken Hemisphäre, Variation der Frequenzfilter und Frequenzanalyse.

Ergebnisse: Bei Kartierung der visuell evozierten Potenziale stellte sich mit breiter frontolateraler Verteilung reproduzierbar ein frühes Potenzial, bestehend aus einer initial kleinen positiven Welle und einer größeren negativen Welle dar (= GER – presumed geniculatum evoked potential). Eine erweiterte Potenzialanalyse wurde an 7 Probanden an jeweils 6 standardisierten elektroenzephalografischen Ableitorten (F2, F4, FC2, FC4, FC6, C4) durchgeführt. Die größte mittlere Amplitude (4,8 ± 2,9 µV, Mittelwert ± Standardabweichung) stellte sich in Position FC4 dar. Die Gipfellatenz für die positive Welle betrug 31,8 ± 2,8 ms, für die negative Welle 43,6 ± 2,3 ms. Bei monokularer Stimulation zeigte sich eine nahezu identische Potenzialausbildung über beiden Hemisphären. Bei beidseitiger Stimulation war eine Amplitudenzunahme um durchschnittlich + 44 % im Vergleich zur monokularen Stimulation feststellbar. Frequenzfiltermodifikationen und Frequenzspektrumanalysen zeigten, dass das GER-Potenzial überwiegend Frequenzanteile < 30 Hz enthielt. Ein vergleichbares Potenzial konnte mit Schachbrettmuster-Umkehr-Stimulation bei Mittelung von 100 Ableitungen nicht, bei Erhöhung auf 5000 Mittelungen nur rudimentär dargestellt werden.

Schlussfolgerungen: In Untersuchungen an gesunden Probanden konnte ein flächig ausgedehntes visuell evoziertes Potenzial gefunden werden, das mit den in nicht humanen Primaten nachgewiesenen, durch das Corpus geniculatum laterale generierten Oberflächenpotenzialen identisch zu sein scheint.

Key words

lateral geniculate nucleus - LGN - evoked potentials - visual evoked potential - VECP - geniculate evoked response - GER

Schlüsselwörter

Corpus geniculatum laterale - CGL - evozierte Potenziale - visuell evozierte Potenziale - VECP - Geniculatum-evozierte Potenziale - GER

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