Steady-state evoked potentials to study the processing of tactile and nociceptive somatosensory input in the human brain

SummaryThe periodic presentation of a sensory stimulus induces, at certain frequencies of stimulation, a sustained electroencephalographic response of corresponding frequency, known as steady-state evoked potentials (SS-EP). In visual, auditory and vibrotactile modalities, studies have shown that SS-EP reflect mainly activity originating from early, modality-specific sensory cortices. Furthermore, it has been shown that SS-EP have several advantages over the recording of transient event-related brain potentials (ERP), such as a high signal-to-noise ratio, a shorter time to obtain reliable signals, and the capacity to frequency-tag the cortical activity elicited by concurrently presented sensory stimuli. Recently, we showed that SS-EP can be elicited by the selective activation of skin nociceptors and that nociceptive SS-EP reflect the activity of a population of neurons that is spatially distinct from the somatotopically-organized population of neurons underlying vibrotactile SS-EP. Hence, the recording of SS-EP offers a unique opportunity to study the cortical representation of nociception and touch in humans, and to explore their potential crossmodal interactions. Here, (1) we review available methods to achieve the rapid periodic stimulation of somatosensory afferents required to elicit SS-EP, (2) review previous studies that have characterized vibrotactile and nociceptive SS-EP, (3) discuss the nature of the recorded signals and their relationship with transient event-related potentials and (4) outline future perspectives and potential clinical applications of this technique.

RésuméÀ certaines fréquences de stimulation, l’application d’un stimulus sensoriel évoque une réponse électroencéphalographique stationnaire soutenue, de fréquence identique à la fréquence de stimulation (potentiels évoqués stationnaires ou steady-state evoked potentials [SS-EP]). Selon plusieurs études, ces réponses pourraient être le reflet d’un phénomène de résonance entreprenant des populations de neurones impliquées dans les étapes précoces du traitement sensoriel cortical. Les potentiels évoqués stationnaires offrent plusieurs avantages, tel qu’un rapport signal sur bruit élevé et la possibilité de marquer l’activité corticale générée par la présentation simultanée de plusieurs trains de stimulation (frequency tagging). Récemment, nous avons montré que des SS-EP peuvent être obtenus par l’activation sélective des nocicepteurs cutanés et que le traitement cortical des afférences somatosensorielles nociceptives et non-nociceptives fait intervenir des réseaux corticaux distincts. La technique des SS-EP constitue donc une opportunité pour étudier les processus corticaux impliqués dans la perception de douleur ainsi que la perception vibrotactile chez l’homme, de même que pour caractériser les éventuelles interactions entre ces processus. Dans cet article de revue, (1) nous décrivons les différentes méthodes permettant de stimuler rapidement et périodiquement les afférences somatosensorielles, afin d’obtenir des SS-EP ; (2) nous examinons les études antérieures par enregistrement de SS-EP vibrotactiles et nociceptifs ; (3) nous discutons la nature des signaux enregistrés et (4) nous évoquons les perspectives futures et les applications cliniques potentielles de cette technique.