Memorias II Congreso Latinoamericano de Ingeniería Biomédica, Habana 2001, Mayo 23 al 25, 2001, La Habana, Cuba POTENCIALES EVOCADOS AUDITIVOS: RESPUESTA DE BAJA FRECUENCIA PARA TONOS RÁFAGA DE LARGA DURACIÓN J.M. Cornejo, M. Palacios, P. Granados, N. Castañeda, & M. Cadena. Laboratorio de Audiología. Departamento de Ingeniería Eléctrica. Área de Ingeniería Biomédica. Universidad Autónoma Metropolitana. Iztapalapa. Av. Michoacán y la Purísima s/n. Col. Vicentina. México, D.F. MEXICO. jmcc@xanum.uam.mx RESUMEN El objetivo de este trabajo es determinar las características en tiempo y frecuencia, del potencial evocado auditivo de latencia larga a un tono ráfaga de un segundo de duración y frecuencias entre 250 y 4000 Hz. La actividad eléctrica debida a este estímulo se obtuvo en 20 sujetos sanos, mediante cinco electrodos colocados entre trago y trago auricular y un electrodo de referencia en la mastoides contralateral a la estimulación. Se encuentra una disminución de la amplitud de la respuesta inversamente proporcional a la frecuencia del estímulo y un pico de actividad a 200 Hz para las frecuencias bajas, presentándose un corrimiento de este componente al variar la frecuencia del estímulo. Se encuentra una expresión de cuarto orden que describe este corrimiento, haciéndola útil para predecir el componente en frecuencia presente en la respuesta en una persona normal. Palabras clave: potencial evocado auditivo, latencia larga, tono ráfaga, especificidad en frecuencia. espectro de frecuencias del “click”[4] y “clicks” con ruido ranurado, donde la idea es restringir la región de la cóclea sensible a la frecuencia correspondiente a la ranura [4] [8], entre otras. En lo que se refiere a los potenciales evocados de latencia larga están formados por procesos perceptuales y congnitivos resultado de las funciones superiores del cerebro, en respuesta a un evento auditivo. Los primeros milisegundos (90 a 200 mseg) de este potencial están relacionados con las características acústicas del estímulo auditivo, entre los 200 y 300 mseg se tienen componentes relacionados a la construcción física que rodea el estímulo y la parte final del potencial (400 a 500 mseg) tiene que ver más con procesos semánticos [5]. En este trabajo se obtiene el potencial evocado auditivo de latencia larga (PEALL) a un tono ráfaga de larga duración, en una población de sujetos normales, se analizan los PEALL en la frecuencia determinándose así el ancho de banda de dicho potencial. 2. METODOLOGÍA 1. INTRODUCCIÓN Existen métodos objetivos y subjetivos para determinar la audición de un sujeto. Entre los primeros se puede mencionar la audiometría tonal clásica y en los segundos los potenciales evocados auditivos de tallo cerebral (PEATC). La audiometría tonal hace la evaluación frecuencia a frecuencia mientras que el PEATC valora la audición del paciente de manera global, ya que utiliza como estímulo un “click”, que tiene un contenido espectral entre 0 y 10,000 Hz. Los PEATC, son especialmente útiles ya que no se afectan por el estado de conciencia del sujeto, presentan una morfología constante dándonos información del tipo de pérdida, inclusive a edades muy tempranas del paciente. Sin embargo, la audiometría y los PEATC no son equiparables ya que estos últimos nos dan una respuesta global del sistema auditivo. Buscando un método objetivo y específico en frecuencia, se han ensayado técnicas que utilizan respuestas derivadas utilizando “clicks” con ruido pasa alto, basadas en la idea de que el ruido de alta frecuencia enmascara la respuesta de las fibras auditivas de alta frecuencia, sin afectar las fibras de baja frecuencia [3], respuestas derivadas utilizando “clicks” y enmascarameinto tonal, donde el tono continuo activa neuronas que responden a esa frecuencia evitando así que respondan al amplio 2.1 Sujetos Las pruebas se hicieron en veinte sujetos, 10 mujeres y 10 hombres, cuyas edades fluctuaban entre los 20 y 26 años, con un umbral de máximo 20 dBHL en la audiometría tonal, otoscopía normal, diestros; los cuales reportaron no tener antecedentes de patología otológicas y/o neurológicas. 2.2 Estímulo Se utilizaron como estímulos tonos ráfaga de larga duración con pendientes de subida y de bajada de 10 mseg y una meseta de 980 mseg. La frecuencia de estos estímulos se varió de 250 a 4000 Hz en octavas, utilizándose una intensidad de 40 a 80 dBHL, en pasos de 10 decibeles. Los estímulos se generaron con un módulo de una promediadora CA-1000 y se le presentaron al sujeto de forma monoaural (oído derecho) vía unos audífonos TDH-39, con una frecuencia de repetición de 0.3 sec. 2.3 Configuración del experimento Se utilizaron las posiciones T 4, C4, Cz, C3, T3, A1 y A2 de la configuración internacional 10-20. Los sujetos permanecieron recostados en el interior de una cámara anecoíca. La señal eléctrica se amplificó por un factor de 80,000 en un sistema Grass y se filtró rechazando 950-7132-57-5 (c) 2001, Sociedad Cubana de Bioingeniería, artículo 00186 las frecuencias por debajo de 0.1 y por arriba de 300 Hz. Se digitalizó la señal filtrada y amplificada con una tarjeta de conversión A/D de 12 bits, PCLab-818, con una frecuencia de muestreo de 2000 Hz. Se adquirieron 100 épocas de un segundo y 2500 puntos cada una. El análisis tanto en el tiempo como en la frecuencia se realizó fuera de línea utilizando las utilerías de Matlab. Para cada uno de los sujetos se adquirió y promedió su actividad eléctrica en ausencia de estímulo, a la cuál se le llamó estado basal y sirvió como referencia para detectar la aparición de información atribuible al tono ráfaga. En la figura 1 se muestra un diagrama a bloques de la instrumentación utilizada en este trabajo. amplitud de cresta a valle del pico más prominente. En la figura 3 se muestran los resultados de este análisis, observándose una disminución de la amplitud de la señal a medida que la frecuencia de excitación aumenta. Fig. 3. Se muestra la variación de la amplitud de la respuesta registrada en Cz contra la frecuencia de una señal de excitación de 60 dBHL. El análisis en frecuencia del PEALL se obtuvo con el estimador espectral de alta resolución de Burg. Se implementó una ventana de visualización a partir de un filtro pasa banda, con un ancho de banda de 40 Hz, que se deslizó sobre el espectro de la respuesta en el intervalo de 0 a 300 Hz, ubicando como zona de interés el intervalo de 130 a 210 Hz. En la tabla 1 se muestra el comportamiento de los componentes de la respuesta al variar la frecuencia del estímulo ráfaga. En esta tabla se muestran los resultados sobre el electrodo Cz. Fig. 1. Diagrama a bloques de la instrumentación utilizada en este trabajo. 3. RESULTADOS Primeramente se hizo un análisis morfológico de las señales obtenidas en cada uno de los electrodos, observándose que el comportamiento entre ellos era muy parecido teniéndose la señal de mayor amplitud en Cz, por lo cual se decidió tomar la respuesta en este electrodo para realizar el análisis en frecuencia (ver figura 2). Tabla 1 Contenido en frecuencia de la respuesta vs. frecuencia del estímulo Estímulo (Hz) Contenido en frecuencia (Hz) 250 200.0 500 158.4 1000 153.9 2000 155.9 4000 158.1 Valor promedio del contenido en frecuencia encontrado en la respuesta de la población de sujetos, el cuál disminuye conforme aumenta la frecuencia de estimulación, repuesta registrada en el electrodo Cz. La figura 4 muestra gráficamente los componentes espectrales de la tabla 1, presentes en la respuesta en función de la frecuencia de excitación. Fig. 2. Respuesta a una excitación 4000 Hz @ 70 dBHL; la amplitud de la respuesta es mayor en Cz, disminuyendo hacia los electrodos temporales T3 y T4. En el dominio del tiempo se analizó cómo variaba la amplitud del PEALL en Cz, con respecto a la frecuencia del estimulo. Para esto se consideró la Fig. 4. Tendencia de los componentes espectrales en función de la frecuencia de excitación. La frecuencia del componente espectral identificado en la respuesta, disminuye conforme la frecuencia de la señal de excitación aumenta. De la gráfica de la figura 4 es posible establecer una expresión que estime la frecuencia de la componente espectral de la respuesta para una frecuencia de excitación determinada, esta expresión se muestra a continuación. Fr = 3.1149 e − 11FE − 2.3529 e − 7 FE + 5.5694 e − 4 FE − 0.4901 FE + 291 .2635 4 3 2 5. CONCLUSIONES donde: Fr: Componente espectral de la respuesta. FE: Frecuencia de la señal de excitación. En la figura 5 se muestra el componente espectral de la respuesta a un estímulo de 250 Hz, para una intensidad de 40, 50, 60, 70 y 80 dBHL. En esta gráfica se puede observar cómo la amplitud del componente decrece a medida que la intensidad del estímulo disminuye, este comportamiento también se observa en el resto de las frecuencias de excitación. 10 10 10 10 10 10 Los componentes espectrales parecen ser la contribución de la descarga de las fibras auditivas. Debido a que la frecuencia de excitación de 250 Hz está por debajo de la frecuencia máxima de disparo de la fibra (400 Hz), el nervio auditivo exhibe un patrón de descarga que sigue a la frecuencia de excitación, mientras que para las frecuencias de excitación mayores es menor este patrón de descarga. 7 6 La fácil identificación de los componentes espectrales sugiere la posibilidad de emplear esta metodología en tareas de discriminación de sonidos o aún de palabras, con la consiguiente utilidad diagnóstica. La determinación del intervalo de frecuencias donde se localizan los componentes espectrales de la respuesta así como la propuesta de una ecuación con la cuál estimar ésta, sugiere un camino que podría conducir a acercarse aún más a una metodología que permita la realización de una prueba objetiva para la determinación de los umbrales auditivos a tonos puros. AGRADECIMINETOS 5 Los autores agradecen a FOMES por el apoyo económico recibido para la realización de este trabajo, de acuerdo al convenio número 31490 clave P/FOMES 98-35-12. 4 3 REFERENCIAS 2 50 100 150 200 250 300H z Fig. 5. Componente espectral en 200 Hz en el PEALL para una excitación de 250 Hz e intensidades de: 40dBHL (azul), 50 dBHL (rojo), 60dBHL (verde), 70dBHL(cyan) y el estado basal (negro). 4. DISCUSIÓN El PEALL acusa una disminución de amplitud conforme la frecuencia de la señal de excitación aumenta, resultado que confirma lo publicado por Cohen en 1982 y Picton en 1987 [2] [7]. La mayor amplitud del PEALL asociado a frecuencias bajas puede deberse a la mayor movilidad de la membrana basilar en su región apical [1]. [1] Allen J. “Coclear Signal Processing”. Physiology of the Ear, 243270, 1988. [2] Cohen M. “Coronal Topography of the Middle Latency Auditory Evoked Potentials (MLAEPs) in man”. Electroencephalography Clin. Neurophysiol, 53, 231-236, 1982. [3] Don M., Eggermont J.J. “Analysis of the click evoked brainsteam potentials in men using high pass noise masking”. J. Acoustic. Soc. Am.; 63, 1084-1092, 1978. [4]Laukli E. “Highpass and notch noise masking in suprathereshold brainsteam response audimetry”. Scandinavian Audiology, 12, 109115, 1983. [5] McPherson D. Late Potentials of the Auditory System. Singular Publishing Group, 1997. [6] Panted V., Panted M. “Derived brainstem response by means of pure tone masking”. Scandinavian Audiology, 11, 15-22, 1982. [7] Picton T.W., Vassar J. “Reability Estimates for Steady-State Evoked Potentials”. Electroencephalography Clin. Neurophysiol. 68, 119-131, 1987. [8] Pratt H., Ben-Yitzhak E., Attias J., “Auditory brainstem evoked potential by clicks in notch filtered masking noise: Audiological relevants”. Audiology, 23,380-387,1984. AUDITORY EVOKED POTENTIAL: LOW FREQUENCY RESPONSE TO BURST TONES THE LONG DURATION ABSTRACT The propose of this work is to determine the time and frequency characteristics of the Long Latency Auditory Evoked Potential (LLAEP) in response to a burst tone. The stimulation lasts one second including 10 msec of attack/release time and frequency between 250 and 4000 Hz. The LLAEP was recorded in a contralateral mode for five different positions located on the A1-A2 line, according to the 10-20 system, and using the contralateral mastoid as reference electrode. Twenty normal hearing subjects were studied, with auditory thresholds less than 30 dBHL. The results show an inversely proportional decreasing of the amplitude of the response with the frequency of the stimulus; also an increasing of activity of the response in the vicinity of 200 Hz was observed when the lowest stimulation frequency is used. This activity peak shows a shifting toward low frequency upon increasing the frequency of the stimulus. We propose a forth order expression that describes this behavior. In this way is possible to predict which will be the frequency of the activity peak according with the frequency of the burst stimulus.