الکتروانسفالوگرافی (EEG) به معنای ثبت فعالیت الکتریکی مغز انسان است. این تکنیک شامل دریافت سیگنال از الکترودهای سطحی، بهبود سیگنال (معمولاً تقویت و حذف نویز)، چاپ سیگنال و تجزیه و تحلیل آن است.
آنچه که نهایتا در خروجی (بر روی کاغذ) چاپ می شود، الکتروانسفالوگرام نامیده می شود.
قشر مغز دارای تعداد بسیار زیادی دوقطبی‌های الکتریکی است که قطب‌های هرکدام از آنها را بارهای الکتریکی بدنه و دندریتهای نورونهای هرمی تشکیل می‌دهند. توزیع پتانسیل‌های الکتریکی این دوقطبی‌های الکتریکی به فعالیت‌های الکتریکی مغز معروف است.
سیگنالهای الکتریکی مغز یا الکتروانسفالوگرام (Electroencephalogram یا EEG ) نخستین بار در سال ۱۹۲۰، توسط دکتر هانس برگر شناخته شدند و از همان زمان در تشخیصهای پزشکی و پژوهشهای تحقیقاتی مورد استفاده قرار گرفتند. شاید در اوایل کشف EEG – و هنوز هم برای عده ای – ثبت سیگنالهای مغزی، تصور خوانده شدن افکار و ذهنیات را به همراه داشته باشد؛ اما برای افرادی که با این سیگنالها آشنایی دارند پوشیده نیست که شکل موجهای ثبت شده از روی سر بسیار آشفته و نویز گونه می باشند و استخراج اطلاعات مفید از آنها، برای متخصصان هم دشوار است. لذا اغلب مدلهای ریاضی ارائه شده برای این سیگنالها، مدلهایی آماری هستند و تشخیص های پزشکی صورت گرفته با EEG، غالبأ بطور تجربی و بر مبنای مشخصات بسیار کلی زمانی و فرکانسی
همچون متوسط دامنه و ریتم استوار می باشد.
اگر چه از اوایل کشف سیگنالهای مغزی، برقراری ارتباط مستقیم مغز انسان با محیط اطرافش جزء آمال محققان و متخصصان علوم اعصاب به حساب می آمد، اما به جهت مناسب نبودن وسایل ثبت سیگنال و امکانات پردازش در آن زمان پیشرفت چشمگیری در این زمینه صورت نگرفت.
خوشبختانه در دو دهه اخیر با پیشرفتهای صورت گرفته در زمینه الکترونیک و کامپیوتر و ابداع ابزارهای جدید و مناسب پردازش سیگنال، این آرزوی دیرینه رفته رفته رنگ تحقق به خود می گیرد. امروزه BCI) Brain-Computer Interface) عنوان عامی است از روشهایی که به منظور برقراری چنین ارتباطی پیشنهاد شده اند. در این روشها سیگنال EEG از طریق چندین الکترود از روی سطح کاسه سر و یا از طریق الکترودهای کاشته شده درون مغزی ثبت شده و توسط سیستم BCI پردازش می شود.
گفته می شود که مغز انسان حاوی حدود ۱۸۰ میلیارد سلول است که از این تعداد حدود ۵۰ میلیارد سلولهای نورون هستند و مابقی آنها را سلولهای جانبی با عملکردهای گوناگون تشکیل می دهند[۴۵]. همچنین گفته می شود که دندریتهای برخی از این نورونها با ۱۵ هزار نورون دیگر در ارتباط هستند. بدین ترتیب مغز انسان یک شبکه بسیار پیچیده و در هم تنیده از نورونهاست که در هر لحظه میلیونها نورون در آن در حال تحریک شدن و تولید میدانهایی در اطراف خود می باشند. علی رغم این پیچیدگی وصف ناپذیر، تاکنون نواحی مشخصی از مغز شناسایی شده اند که به اعمال خاص حسی، حرکتی، بینایی، حافظه و برخی دیگر از اعمال ارادی و غیر ارادی متناسبند.
بطور اجمال گفته می شود که نحوه تحریک نورونهای مغزی و تولید میدانهای الکترومغناطیسی در اطرافشان بدین ترتیب است که وقتی یک نورون توسط نورونهای دیگر طی سلسه ای از فعل و انفعالات یونی و انتشار پتانسیل های عمل به تحریک در می آیند پتانسیل های تحریکی پس سیناپسی؟ (EPSP) در انتهای شاخه های دندریتی آن تولید می شوند. بر اثر این پتانسیل غشاء بخش دندریتی نورون موقت دپلاریزه شده و پتانسیل آن نسبت به پتانسیل بدنه سلول نورون و پایه دندریتها منفی تر می شود.
وجود این اختلاف پتانسیل موجب پدید آمدن یک جریان الکتریکی، در محیط Volume Conductor، از بخش تحریک نشده بدنه سلول و پایه دندریتها به سمت بخش های تحریک شده انتهایی دندریتها می شود (شکل ۲-۱).
طبیعی است که EEG تنها قادر به اندازه گیری میدانهای الکتریکی تولید شده در مغز است. در چند سال اخیر روش دیگری تحت عنوان MEG) Magnetoencephalogram ) مطرح شده است که قادر به اندازه گیری میدانهای مغناطیسی مذکور است، اما با توجه به مشکلات موجود بر سر راه ثبت میدانهای مغناطیسی بسیار ضعیف مغز، این دستگاهها بسیار پرهزینه می باشند، لذا MEG هنوز به اندازه EEG متداول نشده است.
آنچه که بعنوان سیگنال EEG ثبت می شود، عموما در محدوده فرکانسی ۰ تا ۱۰۰ هرتز می باشد؛ که عمده انرژی آن در محدوده ۰/۵ الی ۶۰ هرتز است. دامنه سیگنالهای ثبت شده از روی سر هم معمولا در محدوده ۲ تا ۱۰۰ میکرو ولت می باشد؛ لذا سیگنالهای EEG چه از نظر دامنه و چه از نظر فرکانس با بسیاری از منابع تولید کننده سیگنال حیاتی همپوشانی دارند. در شکل (۲-۲) محدوده تعدادی از سیگنالهای حیاتی که از نظر دامنه و فرکانس با EEG تداخل دارند ملاحظه می شود. چنانکه در این شکل مشاهده می شود از نظر دامنه، EEG جزء ضعیفترین سیگنالهای حیاتی محسوب می شود و از نظر فرکانس هم تقریبا با همه سیگنالهای حیاتی همپوشانی دارد.
سیگنال دیگری که باید به مجموعه فوق افزوده شود، سیگنالهای ناشی از پلک زدن است که عموما همراه با سیگنالهای EOG که ناشی از حرکت چشم هستند قابل ثبت می باشند. در واقع تأثیر این سیگنال بر روی سیگنالهای EEG ثبت شده در حدى است که بخوبی می توان محل پلک زدن را بر روی سیگنالهای EEG دنبال کرد.
دسته دیگری از نویزها ناشی از جابجایی الکترودها و حرکات ناخواسته شخص در حین ثبت سیگنال می باشد.
علاوه بر نویزهای فوق که منشأ حیاتی دارند، و به artifact موسومند[۳]، نویزهایی همچون فرکانس ۵۰ یا ۶۰ هرتز برق شهر نیز بر روی سیگنالهای EEG تأثیر دارند. برای حذف اثر نویز برق شهر عموما سعی می شود که وسایل ثبت را تا حد امکان ایزوله نمایند و یا با استفاده از فیلترهای notch، تک فرکانس ناشی از برق شهر را حذف کنند. در هر صورت على رغم رعایت نمودن نکات فوق بعضا مشاهده می شود که در طیف توان سیگنالهای ثبت شده، اثر این نویز همچنان وجود دارد که در اینگونه موارد از فیلترهای نرم افزاری جهت حذف آن استفاده می شود.
مشکل بزرگتر بر سر راه حذف artifact های تولید شده توسط منابع حیاتی همچون قلب، چشم، عضلات و … است. برای حذف اثر اینگونه سیگنالها از روی EEG معمولا از روشهای Bipolar بجای Monopolar استفاده می شود. این روش تا حد زیادی اثر میدانهای دور مانند ECG را حذف می کند، اما مشکل سیگنالهای EOG و اثر پلک زدن همچنان باقی خواهد ماند.
چنانکه اشاره شد، امروزه روشهای ثبت EEG و محل قرار دادن الکترودها در حین ثبت همگی استاندارد شده اند. یکی از استاندارهای متداول، سیستم بین المللی ۲۰-۱۰ است. در شکل (۳۲) محل قرار دادن الکترودها و نام هر یک از کانالهای مربوطه در این استاندارد ملاحظه می شود. مطابق این شکل سطح مغز به ۵ ناحیه (T) Temporal ،(C) Central ،(F) Frontal، P) Parietal) و Occipital(O) تقسیم می شود و تعدادی الکترود مطابق شکل (۳۲) در محلهای معینی از این پنج ناحیه قرار داده می شود که هر یک با اندیس خاصی مشخص می شود. در واقع دلیل نامگذاری این استاندارد تحت عنوان «سیستم ۲۰-۱۰» آن است
که مطابق شکل (۳۲) تقسیم بندی های فوق و فواصل الکترودها از روی ۱۰ و ۲۰ درصد اندازه محیط دور سر افراد تعیین می شود. بدین ترتیب، با توجه به اینکه فواصل الکترودها متناسب با خود شخص تعیین می شود، این استاندارد برای افراد مختلف و در سنین مختلف قابل استفاده است. در نامگذاری شماره الکترودها باید دقت کرد که اندیسهای زوج مربوط به الکترودهای نیم کره سمت راست مغز و اندیسهای فرد مربوط به نیم کره چپ هستند. زیرنویس ۲ هم مربوط به کانالهایی است که دقیقا بر روی مرز میان دو نیم کره مغز واقع شده اند. همچنین در این استاندارد معمولا دو الکترود با نامهای A و A بعنوان مرجع سنجش سایر پتانسیلها به استخوان پشت گوشهای چپ و راست و یا به لاله دو گوش متصل می شوند.
نوار مغز می تواند هم برای ارزیابی و هم تشخیص و درمان برخی بیماری ها، اختلالات و ناهنجاری های
EEG برای ارزیابی انواع مختلفی از اختلالات مغزی استفاده می شود.
EEG همچنین ممکن است برای کنترل و نظارت بر جریان خون به مغز در طول جراحی استفاده شود.
EEG یکی از تست های اصلی تشخیصی برای صرع است. اگر صرع دارید، فعالیت تشنج به صورت امواج سریع در EEG ظاهر می شود.
EEG می تواند برای تعیین فعالیت الکتریکی کلی مغز (به عنوان مثال، ارزیابی تروما، مسمومیت با دارو، یا میزان آسیب مغزی در بیماران) استفاده شود.
در افراد مبتلا به ضایعات مغزی که ممکن است به دلیل تومور یا سکته باشد، بسته به اندازه و محل ضایعه، امواج EEG می تواند بسیار کند باشد.
EEG همچنین می تواند برای تشخیص سایر اختلالاتی که بر فعالیت مغز تأثیر می گذارد، از جمله بیماری آلزایمر، برخی اختلالات روانپزشکی و یک اختلال خواب به نام نارکولپسی انجام شود.
اندازه‌گیری‌ها و بررسی های انجام شده توسط نوار مغز می تواند به منظور تایید یا رد برخی شرایط و اختلالات استفاده شود. به عبارت دیگر نوار مغز می تواند در تشخیص و درمان بیماری ها و اختلالات زیر مورد استفاده قرار گیرد:
اگر فردی در کما باشد، ممکن است یک نوار مغزی برای تعیین میزان فعال بودن مغز او انجام شود. از این تست می توان برای نظارت بر فعالیت در حین جراحی مغز نیز استفاده کرد.
