Prevertebral (oesophageal) recording of subcortical somatosensory evoked potentials in man: The spinal P₁₃ component and the dual nature of the spinal generators

Abstract

Short-latency somatosensory evoked potential (SEP) components to median nerve or finger stimulation were recorded in 12 normal young adults with 14 channels, using a non-cephalic reference. Several electrodes were placed along the posterior neck, earlobes and scalp while oesophageal probes provided 2–6 recording sites at known levels in front of vertebrae C2 to Th3 (Fig. 1). The oesophageal electrodes provided a new non-invasive point of entry that secured important data about the generator sources of the spinal SEP components.

All cephalic electrodes recorded a P₉ far field which is greater over the scalp, earlobes and rostral cervical spine than over the caudal cervical spine. P₉ is the volume-conducted peripheral nerve volley coursing between axilla and spinal cord. The direct recording of arrival times of the peripheral volley along the median nerve and brachial plexus (Erb's point) served to estimate the spinal entry time which coincided with the onset of the posterior neck N₁₁ (at levels C6-C7) and of the scalp P₁₁ far field (Fig.3). The latency shift of the onset of N₁₁ from lower to upper neck has been replicated (Fig. 8C, D) and N₁₁ is interpreted as a presynaptic volley ascending the dorsal column (central branch of the primary neurone) at a velocity of 58 m/sec (Desmedt and Cheron 1980a).

At oesophageal electrodes in front of the C7-Th3 vertebrae, the first negative component starts before the spinal entry time and it corresponds to action potentials in the spinal roots (Figs. 2 and 3). The most remarkable feature of oesophageal recordings in front of the C3 to Th2 vertebrae is the positive P₁₃ component which represented a phase reversal of the second negativity N₁₃ recorded from posterior neck (Fig. 5). The P₁₃-N₁₃ phenomenon was recorded in all subjects and presented a stable latency throughout the cervical cord (Fig. 6C). It was clearly differentiated from the scalp far-field P₁₄ which is related to the ascending volley in the median lemniscus (Figs. 5 and 8; Tables I and II). The spinal P₁₃ did not extend above C2 and it was obviously generated below the foramen magnum. P₁₃ is interpreted as a dorsal horn postsynaptic potential which is elicited by collateral branches of the (bifurcated) primary afferent fibre.

The use of 14 simultaneous recordings including a series of pre- and post-vertebral electrodes clearly identified two distinct generators for the spinal SEP components to median nerve stimulation: a presynaptic generator which ascends the dorsal column (N₁₁) and a postsynaptic fixed generator in the dorsal horn of the cervical spinal cord (N₁₃-P₁₃).

Résumé

On a enregistré avec 14 canaux (référence non-céphalique) les composantes de brève latence du potentiel évoqué somesthésique (PES) à la stimulation du nerf médian ou des doigts chez 12 sujets jeunes normaux. Des électrodes étaient placées sur le cuir chevelu, les lobes d'oreille et la nuque. De plus des sondes oesophagiennes permettaient de dériver en 2–6 points devant les vertèbres C2 à Th3 (Fig. 1). Ces électrodes oesophagiennes sont bien tolérées et apportent des données nouvelles importantes sur les générateurs des composantes spinales du PES.

Toutes les électrodes céphaliques ont enregistré d'abord un potentiel far-field P₉ qui est plus grand sur le cuir chevelu et jusqu'à la partie supérieure de la colonne cervicale que dans la partie inférieure de la nuque. P₉ est le potentiel de champ de la volée nerveuse périphérique entre l'aisselle et la moelle. Nous avons enregistré les potentiels de nerf médian et du plexus brachial (point d'Erb) pour évaluer le moment de l'entrée de la volée dans la moelle cervicale et ce dernier coïncide avec le début du N₁₁ à la nuque (C6-C7) et du potentiel de champ P₁₁ sur le cuir chevelu (Fig. 3). Nous avons confirmé l'augmentations de latence du N₁₁ entre le bas et le haut de la nuque (Fig. 8C, D); N₁₁ est interprétée comme la volée présynaptique montant dans la colonne dorsale à une vitesse de 58 m/sec (Desmedt et Cheron 1980a).

Au niveau des électrodes oesophagiennes se trouvant devant les vertèbres C7-Th3, la première négativité débute avant l'arrivée de la volée périphérique à la moelle et elle est interprétée comme un potentiel d'action dans les racines spinales (Figs. 2 et 3). Le phénomène le plus remarquable enregistré par les électrodes oesophagiennes se trouvant devant les vertèbres C3 à Th2 est la composante PES P₁₃ qui est en phase inverse par rapport à la deuxième négativité N₁₃ dérivée au niveau de la nuque (Fig. 5). Le phénomène P₁₃-N₁₃ a été observé chez tous les sujets; il présente une latence stable tout le long de la moelle cervicale (Fig. 6C). Il est clairement distinct du potentiel de champ P₁₄ du cuir chevelu qui lui est l'expression de la volée montante dans le ruban de Reil médian (Figs. 5 et 8; Tableaux I et II). Le P₁₃ spinal ne s'étend pas plus haut que la vertèbre C2 et son générateur est de façon évidente en-dessous du trou occipital. P₁₃ est interprété comme un potentiel postsynaptique dans la corne dorsale de la moelle cervicale oú il est déclenché par des branches collatérales de la fibre afférente primaire (bifurquée).

L'utilisation de 14 dérivations simultanées comprenant des séries d'électrodes pré- et post-vertébrales a ainsi clairement identifié deux générateurs distincts pour les composantes spinales du PES à la stimulation du nerf médian: un générateur présynaptique qui est conduit le long de la colonne dorsale (N₁₁), et un générateur fixe postsynaptique dans la corne dorsale de la moelle épiniére cervicale (N₁₃-P₁₃).