Les diverses composantes des potentiels evoques moyens visuels chez l'homme

Electroencephalography and Clinical Neurophysiology Elsevier Publishing Company, Amsterdam - Printed in The Netherlands

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LES DIVERSES COMPOSANTES DES POTENTIELS EVOQUES MOYENS VISUELS CHEZ L ' H O M M E D. ARNAL I, P. GERIN 2, D. SALMON 3, M. P. RAVAULT, J. P. NAKACHE ET F. PERONNET Travail de FUnitd de Recherches de Physiopathologie du Syst~me Nerveux, 16 avenue du Doyen L~pine, 69 Lyon-Bron, du Centre de Calcul et de Statistiques, 91, boulevard de l'H6pital, 75 Paris 3e, et de la Clinique Ophtalmologique, H6pital Edouard Herriot, 69 Lyon 3e (France)

(Accepted for publication: October 27, 1971 )

Jusqu'ici, les 6tudes analytiques des potentiels 6voqu6s moyens visuels (PEMV) chez l'homme ont repos6 au point de vue technique sur des modifications des param6tres de stimulation (Rietveld et al. 1965; Spehlmann 1965; van Balen et al. 1966; Gastaut et al. 1966; Eason et al. 1967; Les6vre et R6mond 1968; De Voe et al. 1968; Schreinemachers and Henkes 1968) et, au point de vue m6thodologique sur des mesures d'amplitude et de latence de pics principaux ou accessoires (Kooi and Bagchi 1964; Vaughan 1966; Bennet et al. 1971) et g6n~ralement sur l'observation approfondie de quelques sujets. Nous cherchons ici ~ 6tablir les 616ments des PEMV qui se comportent comme des composantes distinctes en utilisant au contraire: (1) des 6chantillons de sujets assez larges; (2) des m6thodes statistiques ne supposant aucune id6e h priori sur la forme des PEMV; enfin (3) des modifications non plus des stimulations mais des conditions de r6ception, en nous adressant h des malades ayant des 16sions ophtalmologiques. Nous 6tudions les PEMV occipitaux en un seul point, n6gligeant donc leur approche topographique. Nous les comparons chez l'enfant et chez l'adulte, le jeune enfant de moins de 6 ans 6tant cependant exclu. Enfin, nous nous limitons ~t la zone comprise entre la 60e et la 300e msec apr6s le stimulus, ce choix 6tant justifi6 plus loin. MATERIEL ET METHODES

Les PEMV ont 6t6 obtenus par sommation 1 Attach6e de Recherches ~t I'INSERM. 2 Maitre de Recherches ~t I'INSERM. 3 Charg6e de Recherches au C.N.R.S.

(Enhancetron ND 800 de Nuclear Data), apr6s amplification (Polygraphe Grass mod61e 7, bande passante de 1 h 35 c/sec/t 3 dB) de l'activit6 recueillie sur la ligne m6diane, 3 cm au-dessus de l'inion, par r6f6rence aux lobules des oreilles, avec une mise ~t la masse frontale. Les PEMV illustr6s pr6sentent une 16g6re distorsion, due l'inscription curviligne de l'enregistreur utilis6 (le m~me Polygraphe); ils r6sument 100 potentiels 6voqu6s 616mentaires; ils sont liss6s analogiquement ( - 3 dB ~ 15 c/sec, les 1024 canaux 6tant lus en 16 sec). Une n6gativation de l'61ectrode exploratrice correspond ~t une d6flexion de la courbe vers le haut. Les stimulus 6taient les 6clairs diffus d'un stroboscope (R6tin6clat Alvar) plac6 ~ 30 cm du sujet, soit sous un angle de 30°; leur dur6e 6tait de 150 #sec et leur intensit6 effective de 6 ~ 700 lux, r6duite de quelque 90 ~ en cas d'interposition d'un filtre bleu (Kodak Wratten No 47 B) ou de 99 ~ par celle d'un filtre gris. Les deux yeux +taient stimul6s simultan6ment puis alternativement, en occultant alors l'un d'eux soigneusement. Ces stimulus diffus ont 6t6 choisis afin que les r6sultats ne d6pendent pas du degr6 de coop6ration des malades 6tudi~s. Les PEMV normaux ont 6t6 recueillis sur 114 sujets de 7 h 74 ans, ayant au moins un oeil sain (d'acuit6 visuelle sup6rieure ~t 4/10e). Quant aux 46 malades, adultes de 19 ~t 72 ans, ils souffraient d'atteintes unilat6rales du neff optique. Les pupilles ne furent pas atropin6es dans ce cash cause des risques de contre-indication locale. Pour contr61er cependant les ph6nom~nes d'habituation (Bergamini et al. 1966), le m~me protocole exp6rimental a toujours 6t6 suivi; le local 6tait 6clair6 Electroenceph. clin. Neurophysiol., 1972, 32:499-511

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entre les s6ries successives de stimulus; enfin les stimulations initiales, des deux yeux simultan6ment, n'ont pas 6t6 utilis6es darts ce travail. Un examen ophtalmologique complet fut fait sur chaque sujet et les param6tres cliniques suivants retenus: les acuit6s visuelles de loin (en dixi~mes) et de pros (selon l'6chelle de Parinaud), le champ visuel, le r6flexe photomoteur, et l'aspect de la papille au fond d'oeil. Tous ces sujets (normaux et malades) 6taient exempts de signes et d'ant6c6dents de souffrance c6r6brale. Aucune r6ponse enfin n'a 6t6 61imin6e en raison d'une forme ou d'une amplitude inhabituelle. La phase des PEMV comprise entre la 60e et la 300e msec apr6s le stimulus a 6t6 transform6e en une s6rie chronologique de 13 6chantillons d'amplitude, num6rot6s de 1 h 13, par un 6chan1k

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tillonnage fi 50 c/sec satisfaisant au th6or6me de Shannon. Pour les enfants cependant (7 ~ 14 ans), seule la phase comprise entre la 60e et la 220e msec a 6t6 6chantillonn6e (s6rie de 9 6chantillons num6rot~s de 1 fi 9).. La m6thodologie statistique a fait appel h des courbes moyennes, des matrices de corr61ation, des analyses de variance, des analyses discriminantes pas ~ pas, des analyses factorielles des correspondances. Ces derni~res (Fig. i) aboutissent fi la repr6sentation de chaque PEMV par un point (dans un espace fi 2, 3 ou n dimensions suivant le nombre d'axes factoriels n6cessaires pour expliquer un pourcentage suffisant de la dispersion des donn6es), la position de ce point d6pendant de la seule forme du PEMV, et non, point important, de son amplitude absolue (les

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Fig. 1. Analyse factorielle des correspondances. Exemple chez l'adulte. Projection sur le plan factoriel commun d6fini par les axes 1 (30 ~ de la variance) et 2 (20 %) des points r6sumant les PEMV soit dans l'espace des caract~res (58/l 116 sujets, ici 58; les cercles correspondent aux PEMV par stimulation de l'oeil normal, les croix 5. celle de l'oeil pr6sentant une 16sion du neff optique) soit dans l'espace des sujets (les cercles num~rot~s correspondant aux diff6rents ~chantillons successifs des PEMV obtenus par stimulation des yeux normaux). A gauche et en bas, projection sur les axes 1 et 2 des 6chantillons des PEMV (cJ2 Fig. 3~4). Seule la forme des PEMV intervient dans ce classement, leur amplitude 6tant norm~e.

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PEM sont donc ainsi automatiquement tri6s et regroup6s selon leur forme). D'autre part, les diff6rents "caract6res" des PEMV, ici les 6chantillons d'amplitude successifs, sont repr6sent6s simultan6ment dans cet espace par d'autres points, de telle fa?on que les "proximit6s" entre les PEMV et leurs caract6res soient repr6sent6es. Par exemple, si plusieurs PEMV ont des formes semblables et telles que leur amplitude pr6s de la 140e msec (6chantillon, ou caract6re, No. 5) soit nettement plus grande qu'aux autres instants, les points repr6sentatifs de ces PEMV seront proches entre eux et proches du point repr6sentatif du caract6re 5. Ceci peut aider interprdter la signifcation des facteurs principaux. RESULTATS

1. P E M V chez le su.jet sain lnfluence de l'dge Soixante-dix sujets furent r6partis en 7 groupes d'fige, chaque groupe 6tant compos6 de 10 sujets. Les formes moyennes des PEMV furent 6o°.~x.

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61 - 74 a r t s Fig. 2. Evolution en fonction de l'fige de la forme moyenne des PEMV. Polarit6: la n6gativit6 de l'61ectrode exploratrice correspond/t une d+flexion vers le haut - 10 sujets par groupe d'fige, en tout 70.

calcul6es pour chaque groupe (Fig. 2) ainsi que les moyennes des amplitudes cr6te-fi-cr6te. Des analyses de variance furent conduites s6par6ment sur l'amplitude cr6te-/~-cr6te et les amplitudes des PEMV aux 120e, 160e et 220e msec apr6s le stimulus. L'fige a un effet hautement significatif sur ces trois derni6res amplitudes (risque < 0,00!), beaucoup moins sur l'amplitude cr6te/l-cr~te (~ ~- 0,1 ). L'amplitude cr6te-fi-cr6te (entre extrama des PEMV): (1) est environ 60~0 plus 61ev6e vers 7-8 ans que chez l'adulte (6cart significatif A 5 ~o); (2) de 7/~ 14 ans, d6croit de fa?on marqude; (3) chez l'adulte enfin, n'6volue plus de fa?on significative avec l'ftge. Au point de vue morphologique (Fig. 2): (1) les diff6rences essentielles se situent entre l'enfant (7 /t 14 ans) et l'adulte, les courbes moyennes 6rant monophasiques chez l'enfant, biphasiques chez l'adulte; chez le vieillard, les PEMV ont tendance/t redevenir monophasiques mais avec un pic ndgatif beaucoup plus tardif; (2) l'amplitude fi la 120e msec d6croit de fa?on monotone avec l'fige (avec une 16g6re remont6e vers 50 ans, non significative); (3) l'amplitude ~ la 160e msec d6crolt tr6s vite entre 7 et 14 ans (6carts significatifs fi 5 ~ entre les trois premiers groupes), se stabilise /tune valeur tr6s faible chez l'adulte (6carts non significatifs) puis remonte chez le vieillard (6cart significatif ~ l 0 ~o); (4) enfin, l'amplitude/t la 220e msec, pratiquement nulle chez l'enfant (6carts non significatifs entre les 3 premiers groupes), crolt ensuite r6guli6rement avec l'~ge (diminution non significative chez le vieillard). I1 y a donc une d6formation progressive des courbes moyennes. La premi6re onde, isol6e chez l'enfant, ddcro~t avec l'fige; la seconde, propre l'adulte, croTt alors de fa?on continue. Les difJ~rentes families morphologiques de PEM V Le nombre d'axes factoriels n6cessaires pour expliquer un pourcentage suffisant de la dispersion des donn6es (Fig. 1) permet de d6finir le nombre de families de PEMV. En effet, si un seul axe est n6cessaire (ce qui traduit un nuage de point tr6s allong6 dans sa direction) on peut regrouper les PEMV en 3 families, 2 familles extrames et une prbs du centre de gravit6. Si deux axes sont n6cessaires, ils se croisent perpendiculairement au centre de gravit6 du nuage, donc il y corElectroenceph. clin. Neurophysiol., 1972, 32:499-511

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Fig. 3. Les diverses formes de PEMV claez1'enfant(cinq families).A partir d'une analyse factorielledes correspondanceseffectu6e sur 56 sujets, et de graphiques semblables h celui de la Fig. 1, le mode de groupement des 6chantillons des PEMV (par stimulation d'yeux normaux) le long des axes principaux (ici, les deux premiers rendent compte de plus de 60 ~ de la variance totale) permet d'appr6cier ce qui distingue les diversesfamilies.Les points-sujetsles plus proches des 6chantillons ainsi group6s (cf. Fig. I) permettent d'illustrer la forme type des PEMV de chaque famille. Cinq families sont ainsi individualis6es chez l'enfant (dur6e des courbes illustr6es: 450 msec). respond 5 families, et h trois axes, 7 families. Pour les caract6riser, le plus simple est de s61ectionner un P E M V repr6sentatif de chacune d'elle. Dans la repr6sentation graphique, tousles points sont num6rot6s et correspondent ~ des P E M V pr6cis; il suffit donc de choisir les P E M V situ6s approximativement au centre de gravit6 des nuages de points correspondant h chaque famille. Chez les enfants, les deux facteurs principaux prennent en charge plus de 60 ~ de la variance totale, aussi bien pour l'intensit6 m a x i m u m des 6clairs que pour les diff6rents filtres. Cinq families doivent donc ~tre individualis6es. La signification de ces diverses families, ou l'identification de ce qui tend ~tles distinguer, peut alors &re pr6cis6e ~t partir (Fig. 3) de l'observation des PEM-type et de l'6tude de la projection sur les axes princi-

paux des points repr6sentatifs des 6chantillons d'amplitude des P E M V (cercles num6rot6s de la Fig. 1). On constate ainsi que le premier axe factoriel distingue les P E M V A et B parce que les A ont une seule onde positive (6chantillons 4 - 5 4 pr6pond6rants) et les B, deux; le second axe distingue les C et les D parce que l'onde positive a un flanc descendant plus pr6coce pour les C (6chantillons 1-2-3 pr6pond6rants), un flanc ascendant plus tardif pour les D (6chantillons 6 - 7 - 8 - 9 pr6pond6rants). Enfm les P E M V de la famille E, qui pr6sentent des caract6ristiques intermbdiaires, se projettent pr+s du centre de gravit6. Chez les adultes, trois facteurs principaux sont n6cessaires pour prendre en charge environ 65 dc la variance totale aussi bien pour l'intensit6

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Fig. 4. Les diverses formes de PEMV chez l'adulte (sept families). Approche identique ~tceile illustr6e pour l'enfant par la Fig. 3. Ici, 58 sujets sont en jeu, et trois axes principaux doivent ~tre retenus pour rendre compte des deux tiers de la variance totale. Ces axes sont repr6sent6s s6par6ment, pour plus de clart6, mais ils sont en fait orthogonaux et issus du centre de gravit6 du nuage des points repr6sentatifs des PEMV. Le plan des axes 1 et 2 est celui illustr6 Fig. 1. Sept families sont ainsi individualis6es chez radulte, par des analyses portant sur 58 ~ 116 sujets. Dur6e des courbes illustr6es: 450 msec.

m a x i m u m que p o u r les 6clairs filtr6s. Les P E M V repr6sentatifs des 7 families sont illustr6s Fig. 4. premier facteur (environ 3 0 ~ de la variance totale suivant les analyses p o r t a n t sur 58 116 sujets) est construit sur la distinction et le poids respectif des deux ondes positives successives: la partie des P E M V comprise entre la 60e et la 160e msec apr6s le stimulus (6chantillons 4 6 ~ gauche du centre de gravit6) se trouve en ef-

fet oppos6e ~t la seconde partie comprise entre les 180e et 300e msec (6chantillons 7 ~ 13 h droite). Cet axe r6alise un tri entre les sujets F p o u r lesquels la premi6re onde est tr+s d6velopp6e et les G, p o u r lesquels la seconde est pr6pond6rante; les sujets de la famille centrale (L), qui repr6sente la forme m o y e n n e des P E M V p o u r les adultes, m o n t r e n t deux ondes d'amplitude 6quivalente. Le deuxi6me facteur (environ 20 ~o de la variElectroenceph. clin. Neurophysiol., 1972, 32:499-511.

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D. ARNALet al.

ance totale) semble trier les PEMV suivant la s6paration plus ou moins nette des deux ondes positives, en PEMV H, richement oscillants, pour lesquels les 6chantillons 4 et 8 ont un poids pr6pond6rant, et PEMV I, avec deux ondes moins distinctes, voire confondues en une seule. Enfin le troisi6me facteur (environ 15 ~ de la variance) effectue une discrimination suivant les latences des flancs descendant et ascendant du pic positif (families K-I). La comparaison entre ces r6sultats montre que la forme moyenne des PEMV des enfants (famille E) diff6re de celle des adultes (famille L) par l'existence d'une seule onde positive au lieu de deux. Ceci explique que la description de la variabilit6 des formes des PEMV chez l'enfant n6cessite un axe factoriel de moins que chez l'adulte. En effet le premier facteur qui, chez l'adulte, E

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Fig. 5. Modification de la forme des PEMV en cas de l~sion du neff optique (adulte). A et B : un cas typique. A : oeil sain : B : oeil malade. Eclairs blancs. Les pics principaux sont rep~r6s selon la nomenclature de Rietveld et al. (1965). Calibration: 10 pV, I00 msec. Sommation (comme pour toutes les figures) de 100 rbponses 6lbmentaires. C: courbes moyennes pour 36 sujets ; en trait continu, stimulation de l'oeil normal; en trait discontinu, stimulation de l'oeil repr~sentant une atteinte du nerf optique. Les zones 6paissies correspondent un coefficient de corr61ation entre 6chantillons successifs sup6rieur ~ 0.75. Calibration : 5 #V, 100 msec. Cette courbe correspond h des 6clairs bleus; elle est identique avec des Eclairs blancs, d'intensit6 maximum. On constate la r6duction des pics F et Z, la stabilit6 du point E.

"p6se" le poids respectif de ces deux ondes, est inutile chez l'enfant. Les autres facteurs sont par contre identiques pour les deux groupes de sujets. Ainsi les familles A et I, Bet H, C et K, D et J sont parfaitement comparables, bien qu'elles ne contiennent pas le m~me pourcentage de sujets (la famille A, la plus fr6quente chez les enfants, correspond ~ la famille I, tr6s rare chez l'adulte). La forme la plus repr6sentative des PEMV chez l'adulte (famille L) peut &re d~crite par une succession d'ondes que nous appellerons B, F, E, Z, H, dans toute la suite de ce travail, pour nous aligner sur les notations propos6es par Rietveld et al. (1965). (Voir Fig. 5, A et B.) 2. PEMVdans les atteintes du nerf optique Comparaison des P E M V correspondant 3 des yeux sains et 3 des yeux malades Malgr6 des diff6rences interindividuelles marqu6es, l'atteinte du nerf optique se manifeste en moyenne par une nette r6duction d'amplitude des ondes positives F et Z et par une r6duction Camplitude proportionnellement plus forte de l'onde n6gative E (Fig. 5, C); ceci correspond en fait au maintien ~ la m~me valeur du potentiel ~ l'instant E (160-180 msec): nous mesurons en effet l'amplitude des ondes F et Z par rapport ~ la ligne de base et celle de l'onde E par rapport ~ la moyenne des amplitudes maximales de F et Z (Fig. 5, A). L'atteinte du neff optique se manifeste en outre de fa¢on comparable quelle que soit l'intensit6 des stimulus. L'6tude des matrices de corr61ation entre les 6chantillons temporels fournit des r6sultats compl6mentaires int6ressants. Si nous appelons "composante" d'un PEMV, avec Donchin (1966), un sous-ensemble de points du temps tel que les coefficients de corrblation ~ l'int6rieur du sousensemble soient sup6rieurs aux coefficients de corr61ation calcul6s entre diff6rents sous-ensemble, nos matrices de corr61ation permettent d'en individualiser deux. La premi6re (coefficient de corr61ation interne de l'ordre de 0.75) correspond la zone, comprise entre la 100e et la 140e msec, donc ~ l'onde positive F (premibre zone en trait 6paissi de la Fig. 5, C). La deuxi6me (coefficient de corr61ation interne de l'ordre de 0.9) correspond fi la zone 180-300 msec, donc fi l'onde positive Z (deuxibme zone 6paissie, Fig. 5, C). Par contre aucune "composante" ne correspond ~ l'onde n6gaElectroenceph. clin. Neurophysiol., 1972, 32:499 511

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Fig. 6. Corr61ation entre les amplitudes du pic E (mesur6 comme indiqu6 Fig. 5, A) et du PEMV total (cr6te-h-cr&e, entre maxima) ; ~t gauche, yeux sains ; h droite, atteintes du neff optique. La corr61ation signifie que les variations apparentes de l'onde E reflCtent seulement celles de l'amplitude g6n6rale de la r6ponse. Ceci confirme qu'il est plus significatif de parler de la stabilit6 du point E (el. Fig. 5).

tive E; l'amplitude de l'onde E ne fait d'autre part que refl6ter celle des ondes F et Z, comme le montre la Fig. 6. Relations entre les paramktres cliniques et la Jorme des P E M V Les analyses discriminantes entre deux groupes de PEMV correspondant h une acuit6 visuelle (de loin) inf6rieure ou sup6rieure h 1/20e donnent des pourcentages de discrimination 61ev6s (73 ~ pour l'intensit6 maximum des 6clairs, 86 pour le filtre bleu); ceci montre l'importance de l'influence de l'acuit6 visuelle sur la forme des PEMV. En outre, la variable la plus discriminante, c'est-h-dire celle qui sort la premi6re dans le processus pas-h-pas, est l'amplitude h la 120e msec apr6s le stimulus, c'est-h-dire au pic de l'onde F. Cette relation entre l'acuit6 visuelle et l'onde F est confirm6e par deux autres r6sultats. Les acuit~s visuelles (de loin et de pr6s) sont en effet surtout corr616es avec l'onde F, comme le montre la Fig. 7, A qui illustre les coefficients de

corr61ation entre l'acuit6 visuelle de loin et les 6chantillons successifs des PEMV. D'autre part l'onde F disparalt presque compl6tement, en moyenne, avec le filtre bleu, lorsque l'acuit6 visuelle est inf6rieure h 1/20e, tandis que l'onde Z est simplement r6duite en amplitude et retard6e (Fig. 8). Pour 6tudier le champ visuel, nous avons utilis6 trois codages diff6rents. Le premier (a) selon la surface r6siduelle, le deuxi6me (b) selon la conservation ou non de la vision maculaire et le troisi6me (c) selon, tr+s grossi6rement, le nombre de fibres r6siduelles (un champ visuel r6duit h u n il6t central ou h une grande surface mais ne respectant pas la vision centrale sont r6unis dans un m~me niveau de codage, car ces deux types de champs visuels correspondent tr6s approximativement au m6me nombre de fibres). Les pourcentages de discrimination obtenus entre ces trois groupes de sujets sont 61ev6s (79 ~ pour l'intensit6 maximum des 6clairs, 71 ~ avec le filtre bleu,

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Z Fig. 7. Corr61ations entre certains param6tres cliniques et les 13 6chantillons d'amplitude des PEMV, de la 60~me ~t la 3006me msec. Illustration graphique d'exemples tir6s de la matrice de corr61ation g6n6rale, calcul6e sur 35 sujets pour les 6clairs d'intensit6 maximum, sur 22 pour les 6clairs bleus. Calibration: horizontale: temps = 100 msec; verticale : corr61ation = 0.5. En A, acuit6 visuelle de loin; en B, aspect de la papille; en C, surface r6siduelle du champ visuel. De mani6re g6n6rale, on voit que la corr61ation de ces param6tres cliniques s'6tablit surtout avec l'onde F.

par comparaison avec 33 ~o pour un classement au hazard); ceci montre l'importante influence du nombre de fibres r6siduelles sur la forme des PEMV. Les variables les plus discriminantes correspondent lh encore assez bien avec les deux ondes F et Z. Ceci est enfin confirm~ par les corr61ations, meilleures avec l'onde F (Fig. 7, C) et par la Fig. 9, avec en particulier sa disparition totale de l'onde F pour les sujets ayant un champ visuel non r6alisable. Quant ~tl'onde Z, si elle accuse toujours une forte diminution d'amplitude par rapport h la normale, elle ne paratt par contre pas li6e ~ ce param6tre de mani6re gradu6e. Quant aux relations entre les PEMV et les autres param6tres cliniques le r6flexe photomoteur est peu corr616 aux P E M V ; par contre l'aspect de la papille (Fig. 7, B) et l'importance de son atrophie 6ventuelle sont bien corr616s ~ l'onde F.

DISCUSSION

Nous avons volontairement limit6 cette 6tude la phase comprise entre la 60e et la 300e msec apr~s le stimulus car nous avons discut6 par ailleurs (Arnal et Gerin 1969b) la nature des 616ments de la phase tardive post6rieure ~ la 300e msec. D'autre part, les d6flexions ant6rieures la 50e msec, d'amplitude et de labilit6 comparables ~t celles du bruit r6siduel, ne peuvent ~tre consid6r6es comme significatives. Notons que si les formes des PEMV obtenues avec les filtres color6s ont toujours 6t6 semblables celles correspondant h l'intensit6 maximum des 6clairs blancs, cela tient vraisemblablement ~ la m6diocre s61ectivit6 de nos filtres, qui r6alisaient surtout une simple diminution de l'intensit6 lumineuse. Electroenceph. clin. Neurophysiol., 1972, 32:499-511

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Fig. 8. Modifications de la forme des P E M V en fonction de l'alt6ration de l'acuit6 visuelle de loin. Deux groupes sont constitu6s, selon que l'acuit6 visuelle est inf6rieure fi 1/20e (courbe en trait discontinu, r6sumant les PEMV de 29 sujets avec des 6clairs d'intensit6 m a x i m u m , 25 avec des 6clairs bleus) ou non (courbe en trait continu r6sumant les P E M V de 16 et 11 sujets respectivement). Calibration: 5/~V, 100 msec. Les diff6rences sont 6videntes; elles expliquent que si l ' o n cherche ~ isoler ces deux groupes en fonction des seuls P E M V par une analyse discriminante on peut obtenir 73 de bons classements pour l'intensit6 m a x i m u m et 86 ~ avec les 6clairs bleus. Les lignes verticales rep~rent les 6chantillons qui s'av6rent alors les plus discriminants, c'est-~-dire qui so~rtent les premiers lors de l'analyse pas ~ pas. On retrouve pratiquement l'importance des ondes F et Z.

Nos r6sultats concernant l'influence de l'~ge s'accordent avec les conclusions de Dustman et Beck (1966) en ce qui concerne l'amplitude cr6teh-cr6te des PEMV, mais surtout ils montrent que les PEMV monophasiques et de grande amplitude de l'enfant (7-8 ans) se transforment progressivement en une courbe biphasique d'amplitude moindre, qui ne d~g6n~re qu'~ un ~tge avanc~ (plus de 60 ans). Peu d'6tudes syst6matiques ont 6t6 entreprises pour pr6ciser les limites de la variabilit6 des PEMV chez le sujet sain ; citons Kaphan et ChauHuu (1964), Kooi and Bagchi (1964), Werre and Smith (1964), Cig~inek (1969), Bennet et al. (1971). Ces auteurs se sont plut6t attach6s ~t d6finir une forme typique de PEMV, h num6roter ses diff6rents pics et h d6finir pour chacun d'eux un inter-

valle de confiance en amplitude et en latence. Nous avons pr6sent6 ici une approche totalement diff6rente qui objective, r6sume et d61imite la grande variabilit6 des formes normales des PEMV chez l'enfant et chez l'adulte. La valeur de ce classement en 7 families, chez l'adulte, est confirm6e par sa remarquable correspondance avec un essai de classification men6 subjectivement mais ind6pendamment par l'un de nous, l'aide de simples comparaisons visuelles et de caiques, sur un autre lot de 80 sujets normaux. L'examen de l'ensemble de ces courbes-type appelle deux remarques. Tout d'abord le m~me nombre de d6flexions ne se retrouve pas sur tous les PEMV; ceci rend difficile de travailler sur les latences et les amplitudes des pics, ce que beaucoup ont pourtant fair: lh peut r6sider.l'explication de certaines divergences dans leurs r6sultats. D'autre part, les fr6quences fondamentales des oscillations varient 6galement beaucoup, comme le montre la comparaison des courbes H et L (Fig. 4) ott la dur6e des PEMV pour un m~me nombre d'oscillations varie d'environ 60 msec. Un plus grand nombre d'oscillations peut 6galement apparaltre, surtout chez l'adulte off une courbe telle que K n'est pas exceptionnelle. L'616ment qui se r6v~le ~tre ~ la base de cette classification, la distinction de deux zones d'activit6 successives, s'accorde en outre avec les conclusions de Bennet et al. (1971), obtenues h partir d'une analyse factorielle avec rotation varimax appliqu6e ~ la matrice des corr61ations des latences et des amplitudes des pics successifs. Ces auteurs isolent en effet quatre facteurs descriptifs principaux: latence et amplitude relative de la premiere onde positive, latence et amplitude relative de la seconde. Or, les trois premiers facteurs que nous avons obtenus chez l'adulte r6sument parfaitement l'information contenue dans ces quatre facteurs principaux de Bennet. Cependant la m6thode que nous avons employ6e nous paralt pr6f6rable: (1) Leur approche repose sur l'6tude des pics, ce qui suppose ~ priori que les m6mes pics peuvent 6tre retrouv6s sur tousles PEMV, condition qui n'est donc pas r6alis6e. Par contre, notre m6thode prend comme param6tre de d6part les 6chantillons d'amplitude successifs et ne suppose donc aucune hypoth6se h priori sur la forme des PEMV. (2) Leurs facteurs ne peuvent ~tre interpr6t6s qu'apr6s une rotation varimax: Electroenceph. clin. Neurophysiol., 1972, 32:499-511

D. ARNAL et al.

508 n~r~sJr[ ~t~N

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4

5

6

7

FILl'RE I~L,[I"

~

10

|

12

6

7

II

9

11

12

I

Fig. 9. Modifications de la forme des PEMV en fonction de l'alt6ration du champ visuel. A gauche, 6clairs blancs d'intensit6 maximum; ~t droite, +clairs bleus. Quatre groupes sont constitu6s, selon que 1) le champ visuel (CV) ne peut 6tre r6alis6 ou ne montre qu'un il6t r6siduel non central (11 sujets fi gauche et 10 sujets fi droite); 2) le CV soit est r6duit '~ un il6t central, soit conserve une large zone mais amput6e par un scotome central (13 et 11 sujets); 3) le CV soit est entier hormis un scotome central, soit est r6duit concentriquement (14 ~t 13 sujets); 4) le CV est normal (40 et 36 sujets). Calibration: 5 pV, 100 msec. Ces groupes correspondent tr+s grossi6rement fi des atteintes quantitativement diff6rentes, en terme de r6cepteurs fonctionnels. Une analyse discriminante pas-fi-pas entre ces groupes (cf. Fig. 8) obtient 79 ~ de bons classements avec les 6clairs d'intensit6 maximum, 71% avec les 6clairs bleus. Les zones qui se r6v61ent alors les plus discriminantes sont rep6r6es pour les groupes 2 et 3. L'ensemble confirme la relation privil6gi6e des ondes Z et surtout F avec l'alt6ration du champ visuel.

lorsque les facteurs d6finis par une m6thode de d6composition en composantes principales ne peuvent &re directement interpr6t6s, on peut en effet leur faire subir des rotations dans l'espace des donn6es afin qu'ils occupent des positions mieux adapt6es ~tce que l'on d6sire montrer; mais 1~ encore, les id6es ~ priori que l'on a sur la nature du ph6nom6ne 6tudi6 influent directement sur les r6sultats. Cela montre donc l'int6r~t de l'analyse factorielle des correspondances qui nous a permis d'obtenir directement sans rotation les m6mes facteurs descriptifs. Nos r6sultats permettent l'individualisation au sein des PEMV de diverses composantes 6voluant de faqon ind6pendante en fonction des para-

m6tres divers: l'Sge, le type de stimulation. Cela parait d'autant plus remarquable que les stimulus 6taient des 6clairs diffus, et non des patterns ou des mouvements. Si l'on admet, comme le propose Donchin (1966), qu'une "composante", suivant le sens rappel6 plus haut, correspond h u n m~me 6v6nement (ou ~t une m~me bouff~e d'activit6 d'un m~me g6n6rateur), les ondes positives F et Z correspondent ~t deux 6v6nements successifs, mais l'onde n6gative E est une absence d'6v6nement plut6t qu'un 6v6nement agissant en sens inverse. Cette interpr6tation des matrices de corr61ation est confirm6e par l'examen des courbes moyennes et par les analyses factorielles et discriminantes, chez le sujet normal et en cas de Electroenceph. clin. Neurophysiol., 1972, 32:499-511

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16sion oculaire. D'autres constatations pr6cisent en outre la nature diff6rente des ondes F et Z. Comme nous l'avons montr6 par ailleurs (Arnal et Gerin 1969a), lorsque la fr6quence de stimulation augmente, l'hypoth6se d'additivit6 simple des r6ponses doit 6tre rejet6e pour des p6riodes de stimulation courtes, T < 150 msec (elle n'est vraiment acceptable que pour des p6riodes sup6rieures ~t 400 msec, c'est-~-dire ne faisant pas interf6rer la phase la plus ample des r6ponses). Or l'6cart alors not6 entre les courbes observ6es et les courbes calcu16es peut ~tre supprim6 si l'on fait l'hypoth6se que les ondes Z et H disparaissent. I1 semble donc que Z et H soient alors bloqu6es alors que F subsiste. Autrement dit, les deux ondes positives seraient d'origine diff6rente: F serait g~n6r6e par un syst6me ~ temps de r6cup6ration court, Z par un syst6me ~ temps de r6cup6ration plus long.

On peut tenter enfin de pr6ciser la signification de ces diverses composantes. Van Balen et al. (1965) admettaient que l'onde C 1 (notre onde F) traduisait la pr6dominance de la vision fov6ale et C 2 (notre onde Z) celle de la vision p6riph6rique. Gastaut et al. (1966) reprennent presque la m~me id6e en admettant que l'onde V a (notre onde F) est surtout d'origine photopique. Rietveld et al. (1965) concluent 6galement ~ l'origine centrale de F et h l'origine paramaculaire de E: ils ont observ6, ~ partir de stimulus constitu6s par des disques ou des anneaux lumineux de diff6rents diam6tres, que l'augmentation de la surface des disques entra~nait une augmentation de l'amplitude de l'onde F et qu'une augmentation du diam&re des anneaux (~t surface constante) entra~nait une diminution d'amplitude de F. Leurs figures concordent remarquablement avec notre augmentation de l'amplitude de F e n fonction du nombre

A

8

I Fig. 10. Vision maculaire et PEMV. Exemples ok la vision maculaire se trouve pratiquement seule conserv6e (en A; acuit6 visuelle 10/10e, CV en "canon de fusil") ou au contraire abolie (en B; CV normal, hormis un scotome central). Calibration : 10 ~V, 100 msec. On ne trouve pas de comportement particulier des ondes F et Z, qui semblent alt6r6es seulement en fonction du nombre de r6cepteurs mis en jeu.

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D. ARNALet al.

de fibres du champ visuel (Fig. 9). Par contre, nous n'avons observ6 ni affaiblissement pr6f6rentiel de F, avec conservation de Z, darts les scotomes centraux (Fig. 10, B), ni conservation pr6f6rentielle de F avec disparition de Z chez les sujets ayant une vision en canon de fusil (Fig. 10,A). Ces sujets ont au contraire des PEMV tr~s affaiblis dans leur ensemble (Gerin et al. 1966). Or ces constatations sont moins discutables que celles obtenues chez le sujet normal ~tpartir de stimulus localis6s, pour lesquelles une certaine diffusion peut toujours ~tre discut6e. A la lumi~re de ce fait, la diminution globale du nombre de r6cepteurs mis en jeu nous para~t donc une explication de l'ensemble de ces r6sultats, les n6tres y compris, plus satisfaisante que l'6vocation d'un effet qualitativement diff6rent de la stimulation de la fov~a. On peut enfm proposer que l'onde F (1) tr~s sensible h l'acuit6 visuelle, au champ visuel, ~t la qualit6 de la papille et (2) capable de suivre des stimulations de fr6quence 61ev6e, serait une r6ponse encore sp6cifique, et sa r6duction d'amplitude refl6terait la gravit6 g6n6rale de l'atteinte du syst6me visuel. L'onde Z au contraire (1) relativemerit insensible hces facteurs, (2) incapable de suivre des stimulations ~ fr6quence 61ev6e, et (3) d'apr6s Gastaut et al. (1967), observ6e en dehors de la r6gion occipitale, serait une r6ponse non ou moins sp6cifique.

(autour de 10 c/sec) nous avanqons une autre hypoth6se que celle de l'additivit6 simple des r6ponses 6voqu6es, ~ savoir le blocage de l'onde Z. Les deux ondes positives F et Z seraient alors de nature diff6rente, la premi6re 6tant g6n6r6e par un syst~me ~ temps de r6cup6ration court, la seconde par un syst6me ~ temps de r6cup6ration plus long. 3. L'onde positive F, dont l'amplitude est sensible ~ l'acuit6 visuelle, au champ visuel, l'aspect de la papille, et qui par ailleurs suit bien les stimulations ~t fr6quence rapide, appara~t comme une r6ponse encore sp6cifique. 4. L'onde positive Z, relativement insensible ces facteurs et qui parait bloqu6e par des stimulations ~ fr6quence rapide, apparait comme une r6ponse non ou moins sp6cifique. 5. L'onde de transition n6gative E (160-180 msec) entre F et Z exprimerait une simple absence d'activit6 sous-jacente entre les deux bouff6es d'activit6 F et Z. 6. L'atteinte du neff optique se traduit essentiellement par une diminution d'amplitude des ondes F et Z, l'onde F suivant graduellement la gravit6 du d6ficit tandis que l'onde Z y r6pond de mani6re non graduelle.

RESUME

1. This study has shown the limits and components of the extreme inter-individual variability of the visual evoked responses (VERs). Thanks to the method of factorial analysis of similarities 7 families of VERs could be defined in the adult and 5 in children. The commonest form in the child is monophasic and in the adult biphasic. The amplitude of the VERs is some 60 ~o greater in the child. Apart from the average amplitude the principal descriptive factors of the VERs in the adult are the relative weights of the positive waves F (100-200 msec) and Z (200-240 msec), the clarity of separation of these two waves and their average latencies. 2. For increased frequencies of stimulation (around 10 c/sec) we propose a different hypothesis from that of the simple addition of the evoked responses to account for the blockade of the wave Z. The two positive waves, F and Z, will thus be of

Cette 6tude a montr6: 1. Les limites et les facteurs de l'extr~me variabilit6 interindividuelle des potentiels 6voqu6s moyens visuels (PEMV). Grace ~ la m6thode d'analyse factorielle des correspondances, on peut d6finir 7 families de PEMV chez les adultes et 5 chez les enfants. La forme la plus fr6quente est monophasique chez l'enfant, biphasique chez l'adulte. L'amplitude des PEMV est quelque 60Yo plus 61ev6e chez l'enfant. En dehors de l'amplitude moyenne, les facteurs descriptifs principaux des PEMV chez l'adulte sont le poids relatif des ondes positives F (100200 msec) et Z (200-240 msec), la nettet6 de la s6paration de ces deux ondes, et leur latence moyenne. 2. Pour des fr6quences de stimulation 61ev6es

SUMMARY THE VARIOUS COMPONENTS OF AVERAGED VISUAL EVOKED POTENTIALS IN MAN

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different kinds, the first being generated by a system with a short recovery time, the second by one with a longer recovery. 3. The positive wave F, whose amplitude is affected by the visual acuity, the visual field and the state of the papilla, and which also follows fast stimulation well, appears to be a rather specific response. 4. The positive wave Z, relatively insensitive to these factors and blocked by fast stimulation, appears to be a less specific or non-specific response. 5. The transitional negative wave E (160-180 msec) between F and Z is a simple absence of underlying activity between the two waves F and Z. 6. A lesion of the optic nerve shows itself essentially by reduced amplitude of the waves F and Z, the wave F following gradually the severity of the defect while the wave Z responds to it in a non-gradual way. BIBLIOGRAPHIE ARNAL, D. et GERIN, P. Comparaison des potentiels 6voqu6s moyens h l'aide d'un test T 2 g6n6ralis6. Application au probl6me de l'interf6rence des r6ponses 6voqu6es visuelles successives. Electroenceph. clin. Neurophysiol., 1969a, 26: 325-33l. ARNAL, D. et GERIN, P. Etude du bruit r6siduel des potentiels 6voqubs moyens. Electroenceph. clin. Neurophysiol., 1969b, 27: 315-321. ARNAL, D., GERIN, P., SALMON, D., NAKACHE, J. P., MAGNARD, P., PERONNET, F. et HUGONNIER, R. Analyse statistique multivari6e des potentiels 6voqubs moyens visuels dans l'amblyopie fonctionnelle. Electroenceph. clin. Neurophysiol., 1971, 31: 365-376. BALEN, A. TH. M. VAN, DENIER VAN DER GON, J. J. and HELLENDOORN, E. H. The differentiation between responses of foveal and extrafoveal stimuli in the ERG and EEG. Clinical electroretinography. Pergamon, New York, 1965: 255-262. BENNET, J. R., MACDONALD, J. S., DRANCE, S. M. and UENOYAMA,K. Some statistical properties of the visual evoked potential in man and their application as a criterion of normality. IEEE Trans. bio.-med. Engng., 1971, 1: 23-33. BERGAMINI, L. and BERGAMASCO,B. Cortical evoked potentials in man. Thomas, Springfield , I11., 1967, 235 p. BERGAMINI, t . , BERGAMASCO, B. et MONBELLI, A. M, Variations du potentiel 6voqu6 chez l'homme provoqu6es par les modifications du diam6tre pupillaire et de l'6tat d'activation corticale avec r6f6rence particuli6re aux ph6nom6nes d'habituation, d'attention et de distrac-

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