Curs: ELECTRORETINOGRAFIE ȘI ELECTROOCULOGRAFIE – Prof. Hariton COSTIN

1

ELECTRORETINOGRAFIE ȘI ELECTROOCULOGRAFIE

1. INTRODUCERE Retina este un strat subțire de celule din globul ocular, care sunt responsabile de transformarea

luminii în semnale nervoase, la vertebrate și o parte din cefalopode.

Figura 1. Diagrama ochiului uman

La vertebrate stratul neuronal care transmite informațiile către creier este așezat pe

partea anterioară a retinei, astfel încât lumina trece întâi prin el, înainte de a ajunge la celulele

fotosensibile; aceasta este și cauza pentru care există o „pată oarbă” pe retină, o zonă fără

fotoreceptori (nu se poate percepe lumina în acea zonă), pe unde neuronii ajung în spatele

ochiului, pentru a forma nervul optic.

În centrul retinei (acolo unde este intersectată de axul optic) se găsește o zonă în care

celulele fotosensibile sunt foarte concentrate, numită pată galbenă, care furnizează creierului

cea mai clară imagine.

Raza de lumină străbate retina, alcătuită din retina epitelială sau pigmentată și retina

neuronală care se continuă cu nervul optic, care conduce impulsurile prin chiasma optică la

centrul optic din creier. Lumina străbate în prealabil cornea, corpul apos, deschiderea irisului,

pupila, lentila, cristalinul și corpul vitros.

Structura retineiPrin observarea retinei la microscop se poate vedea stratificarea acesteia, ea având mai

multe tipuri de celule.

Curs: ELECTRORETINOGRAFIE ȘI ELECTROOCULOGRAFIE – Prof. Hariton COSTIN

2

(a) Celule fotosensibile, care recepționează 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 stimulează retina, care răspunde 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 definiți (formă, amplitudine, variație în timp) pentru subiecți normali și

sunt alterați în manieră predictibilă în caz de boală. 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 răspunsul 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 mărimea stimulului și de parametrii tehnici ai înregistrării, dar și

de capacitatea de adaptare a ochiului la stimul. Prin urmare, a fost realizată o standardizare în

domeniu, anume pentru ERG, PERG, PEV și EOG (electrooculogramă).

Trasee tipice normale de ERG apar în Figura 1.

400 μV 200 μV 0 V

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 bastonașe care prezintă

rezoluție spațială mare și rezoluție temporală redusă. Au adaptare redusă la schimbările de

intensitate luminoasă și nu permit vederea în culori. Au sensibilitatea spectrală maximă în jurul

a 500 nm.

Curs: ELECTRORETINOGRAFIE ȘI ELECTROOCULOGRAFIE – Prof. Hariton COSTIN

3

Celulele cu conuri (prescurtat, conuri) sunt de trei tipuri:

(a) S (sensibile la lungimi de undă 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 lumină intensă, au rezoluție spațială mare, deci permit acuitate

vizuală mare și se adaptează rapid la schimbările de lumină. Au sensibilitatea spectrală maximă

globală la 550 nm (verde-galben).

ERG se înregistrează cu un aparat tip Ganzfeld, cu formă sferică, ce permite iluminare

uniformă. Stimularea este prin impuls luminos, dar există și un fond luminos care permite

adaptare fotopică (la lumină diurnă). Electrozii sunt bipolari și au un electrod de referință intern.

Impulsul luminos standard are valoarea de 1,5-3 cd / m2.

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

Curs: ELECTRORETINOGRAFIE ȘI ELECTROOCULOGRAFIE – Prof. Hariton COSTIN

4

ERG TIP ”PATTERN” (PERG)

Răspunsul retinei la un stimul structurat izoluminos, de obicei o tablă de șah cu pătrate

albe și negre, se numește ”ERG pattern” (șablon, formă). PERG se înregistrează cu electrozi

auriți în contact cu cornea, pentru a păstra geometria optică a ochiului. Electrozii de referință

laterali, din zona tâmplelor, sunt esențiali pentru preîntâmpinarea artefactelor tip potențial

evocat vizual (PEV), care survin la folosirea electrozilor de referință pe frunte sau ureche.

ERG MULTIFOCAL (mfERG)

mfERG produce informație spațială privind funcționarea celulelor con în retina centrală. Stimulul

folosit de obicei constă în multiple hexagoane afișate pe ecran (Fig. 4), fiecare din ele ”clipind”

după o secvență pseudo-aleatoare binară (secvență M). mfERG pune în evidență dereglări ale

funcției maculare (a ”petei galbene”) și evaluează implicarea retinei centrale în diverse boli

retinale. Analiza depinde însă puternic de fixația redusă a ochiului pe parcursul înregistrării,

ceea ce-i scade semnificația clinică. Este deci necesar un sistem de control al furnizării

semnalului-răspuns în funcție de poziția globului ocular, lucru realizat de dispozitive care

urmăresc automat mișcarea ochiului (‘‘eye-tracking’’) și de vizualizarea directă a fundului de

ochi pe durata stimulării.

Figura 4. (a) stimulul tipic pentru ERG multifocală; (b) subiect normal; (c) distrofie maculară (pierdere în răspunsul la hexagoanele centrale); (d) distrofie retiniană cu

scăderea funcției maculare centrale și cu pierdere în răspuns la periferie

Curs: ELECTRORETINOGRAFIE ȘI ELECTROOCULOGRAFIE – Prof. Hariton COSTIN

5

Aplicații clinice ale ERG

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

Coloana A: subiect normal.

Coloana B: pacient cu disfuncție maculară; PERG este nedetectabilă, dar diverse ERG

sunt normale.

Coloana C: o retinită pigmentară 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 bastonașelor fiind mai

afectată). PERG anormală arată implicarea maculei (petei galbene).

Coloana E: distrofie a conurilor; ERG a bastonașelor și ERG pentru impulsuri luminoase

strălucitoare (”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 staționare (tipul complet). ERG la bastonașe este

nedetectabilă, dar unda ”a” normală în cazul ERG-”bright flash” confirmă că disfuncția este de

postfototransducție.

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

Curs: ELECTRORETINOGRAFIE ȘI ELECTROOCULOGRAFIE – Prof. Hariton COSTIN

6

3. ELECTROOCULOGRAFIA (EOG)

Electrooculografia (EOG) este o tehnică pentru măsurarea potențialului de repaus al retinei.

Reprezentarea grafică se numește electrooculogramă. Principalele aplicații ale EOG sunt în

diagnosticare oftalmologică și în înregistrarea mișcărilor globului ocular. Spre deosebire de

ERG, EOG nu reprezintă răspunsul la stimuli vizuali individuali.

În esență, EOG reprezintă diferența de potențial dintre partea anterioară a ochiului –

epiteliul cornean – și cea posterioară – epiteliul pigmentar retinian. Este considerată, d.p.d.v.

clinic, o măsură a funcției epiteliului pigmentar retinian și a straturilor externe ale retinei. EOG

este folosită pe scară largă pentru investigarea funcției oculomotoare a aparatului extrinsec al

globului ocular.

Axul anteroposterior al globului ocular se comportă ca un dipol, cu partea pozitivă

anterior, iar cea negativă la interior. Prin mișcarea ochilor, cu ajutorul aparatului locomotor al

globilor oculari, dipolul execută deplasări ale acestui vector.

Înregistrarea EOG. EOG presupune recoltarea de diferență de potențial dintre două

puncte (Figura 6). Este o procedură neinvazivă și se pot folosi doi electrozi: unul atașat lateral

de ochi, celălalt medial, pe partea laterală a nasului. La începutul înregistrării 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 fața noastră, graficul va fi aproximativ o linie

dreaptă. La mișcarea ochilor în plan orizontal, capetele dipolilor se deplasează relativ față de

electrozi și se creează astfel o variație de potențial între cei doi electrozi, reprezentată printr-o

inflexiune a graficului. La mișcarea în direcția opusă, graficul va efectua o inflexiune inversă,

semn că dipolii revin în poziția inițială și chiar o depășesc. Astfel, graficul devine aproximativ o

sinusoidă, ilustrând prin inflexiuni mișcările în plan orizontal ale globului ocular. Similar, pentru

înregistrarea mișcărilor în plan vertical, se utilizează doi electrozi situați deasupra ochiului (pe

sprânceană), respectiv sub ochi. Se pot înregistra și simultan cele două 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 recunoaște activitatea umană. Studiile

efectuate cu sisteme EOG purtate de subiecți au evidențiat 90 de trăsături diferite, bazate pe

principalele tipuri de mișcări oculare: sacade, fixații și clipiri. Trăsăturile selectate combină

redundanța minimă cu maxima relevanță a selecției acestora. Metodele de

recunoaștere/clasificare a activității umane se pot baza pe clasificatori puternici, cum sunt

Curs: ELECTRORETINOGRAFIE ȘI ELECTROOCULOGRAFIE – Prof. Hariton COSTIN

7

rețelele neuronale sau clasificatorii ”support vector machine” (SVM). Metoda de identificare a

activității umane poate fi validată considerându-se un experiment cu cinci clase de activitate

specifică: copierea unui text, citirea unei lucrări tipărite, luarea de notițe scrise de mână, 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 făcută

după o strategie independentă 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 indică o bună

capacitate de identificare obiectivă și complet automată a activității umane (intelectuale) doar pe

baza analizei mișcărilor (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 funcției stratului pigmentat al retinei. În timpul adaptării la

întuneric, potențialul de repaus descrește ușor și atinge un minimum după câteva minute. După

aprinderea luminii, acest potențial crește puternic către un maximum, apoi scade după câteva

minute când retina s-a adaptat la lumină. Raportul între potențialul maximum și cel minimum se

numește raportul Arden. Practic, măsurătoarea este similară celei pentru mișcarea ochilor.

Pacientul comută poziția ochilor în mod repetat între două puncte simetrice față de o linie

Curs: ELECTRORETINOGRAFIE ȘI ELECTROOCULOGRAFIE – Prof. Hariton COSTIN

8

centrală. Aceste poziții fiind constante, orice schimbare a potențialelor înregistrate au drept

cauză o modificare a potențialului de repaus.

Nistagmusul patologic Fenomen spontan sau provocat, congenital sau dobândit, caracterizat prin mișcări involuntare și

sacadate ale ochilor, de mică amplitudine, de cele mai multe ori orizontale, dar uneori verticale

sau circulare. Un nistagmus poate fi de natură fiziologică sau patologică. 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 tulburări de vedere de diverse tipuri și severități. Nistagmusul este o boală relativ

comună, afectând una din 5.000 – 10.000 de indivizi.

Dispozitivele medicale specifice pentru înregistrarea și cuantificarea acestei boli se

numesc electronistagmografe, care sunt variante de electrooculografe.

Boli care prezintă nistagmusul ca semn patologic:

(a) neurologice: vertigo pozițional benign paroxistic, diverse traume ale capului, atac

vascular cerebral (AVC); boala Ménière și alte tulburări de echilibru; scleroză multiplă; tumori

cerebrale (Medulloblastoma, Astrocytoma, alte tumori în fosa posterioară); sindromul Wernicke-

Korsakoff; sindromul medular lateral; hipoplazia nervului optic; albinism; boala Pelizaeus-

Merzbacher; 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) tulburări ale sistemului nervos central. Dacă nistagmusul patologic are origine în sistemul

nervos central (de exemplu în zona cerebelului), mișcările de tip nistagmus pot fi în orice

direcție, inclusiv cea orizontală.

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 ?”