Dipole source analysis of auditory brain stem responses evoked by lateralized clicks

• Published in: Zeitschrift für medizinische Physik Vol. 13; no. 2; pp. 75 - 83
• Main Authors: Riedel, Helmut, Kollmeier, Birger
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Germany Elsevier GmbH 2003
• Subjects: ABR; Brain Stem - physiology; dipole source analysis; Dipolquellenanalyse; Electrodes; Electrophysiology - methods; Evoked Potentials, Auditory, Brain Stem - physiology; FAEP; Humans; ILD; ITD; Lateralisation; lateralization; Reproducibility of Results; ILD; ABR; lateralization; Lateralisation; FAEP; ITD; dipole source analysis; Dipolquellenanalyse
• ISSN: 0939-3889; 1876-4436
• DOI: 10.1078/0939-3889-00147

The objective of this paper was to elucidate the relation between psychophysical lateralization and the neural generators of the corresponding auditory evoked potentials. Auditory brain stem responses to binaural click stimuli with different interaural time- and level differences were obtained in 12 subjects by means of multi-channel EEG recording. Data were modeled by equivalent current dipoles representing the generating sources in the brain. A generalized maximum-likelihood method was used to solve the inverse problem, taking into account the noise covariance matrix of the data. The quality of the fit was assessed by computing the goodness-of-fit as the outcome of a χ2-test. This measure was advantageous compared to the conventionally employed residual variance. At the latency of Jewett wave V, there was a systematic variation of the moment of a rotating dipole with the lateralization of the stimulus. Dipole moment trajectories of stimuli with similar lateralization were similar. A sign reversal of the interaural differences resulted in a mirrored trajectory. Centrally-perceived stimuli corresponded to dipoles with the largest vertical components. With increasing lateralization, the vertical component of the moment decreased, while the horizontal components increased. The similarity of trajectories induced by the same lateralization show that interaural time- and level differences are not processed independently. The present data support the notion that directional information is already extracted and represented at the level of the brain stem. Das Ziel dieses Artikels ist die Aufklärung der Beziehung zwischen psychophysikalischer Lateralisation und den neuronalen Generatoren der korrespondierenden akustisch evozierten Potenziale. Es werden Vielkanal-EEG-Messungen früher akustisch evozierter Potenziale von 12 Versuchspersonen auf binaurale Klick-Stimuli mit verschiedenen interauralen Zeit- und Pegeldifferenzen analysiert. Die Daten werden durch äquivalente Stromdipole, die die generierenden Quellen im Gehirn repräsentieren, modelliert. Zur Lösung des inversen Problems wird eine verallgemeinerte Maximum-Likelihood-Methode unter Einbeziehung der Rauschkovarianzmatrix der Daten benutzt. Die Fitqualität wird durch den sog. goodness-of-fit als Ergebnis eines χ2-Tests bestimmt. Dieses Maß ist gegenüber der konventionell verwendeten Restvarianz vorteilhaft. Zur Latenz von Jewett Welle V wurde eine systematische Variation des Moments eines rotierenden Dipols mit der Lateralisation des Stimulus gefunden. Dipolmomenttrajektorien für Stimuli mit ähnlicher Lateralisation sind ähnlich. Ein Vorzeichenwechsel der interauralen Parameter resultiert in einer Spiegelung der Trajektorie. Zentral wahrgenommene Stimuli entsprechen Dipolen mit den größten vertikalen Komponenten. Mit zunehmender Lateralisation nimmt die vertikale Momentkomponente ab, während die horizontale Komponente zunimmt. Die Ähnlichkeit zwischen den Trajektorien, die durch Stimuli mit gleicher Lateralisation hervorgerufen werden, zeigt, dass interaurale Zeit- und Pegeldifferenzen nicht unabhängig voneinander verarbeitet werden. Die Daten unterstützen die Hypothese, dass Richtungsinformation bereits auf der Ebene des Hirnstamms extrahiert und repräsentiert wird.