سیگنالهای EEG: پنجرهای به فعالیت مغز
سیگنال EEG چیست؟
سیگنالهای EEG نمایانگر فعالیت الکتریکی گروهی از نورونهای قشر مغز هستند که از طریق الکترودهایی که روی پوست سر قرار میگیرند، ثبت میشوند. این سیگنالها با دامنه بسیار کوچک (معمولاً در حدود چند میکروولت تا چند ده میکروولت) و در محدوده فرکانسی 0.5 تا 100 هرتز ظاهر میشوند.
دستگاه EEG و نحوه قرارگیری الکترودها روی سر بیمار
ریتمهای اصلی سیگنال EEG
سیگنالهای EEG را میتوان به چندین باند فرکانسی اصلی تقسیم کرد که هر کدام با وضعیتهای ذهنی و فیزیولوژیکی خاصی مرتبط هستند:
| نام ریتم | محدوده فرکانسی | وضعیتهای ذهنی مرتبط |
|---|---|---|
| دلتا (Delta) | 0.5-4 هرتز | خواب عمیق، بیهوشی |
| تتا (Theta) | 4-8 هرتز | خواب سبک، مدیتیشن عمیق، خوابآلودگی |
| آلفا (Alpha) | 8-13 هرتز | آرامش، چشمان بسته، استراحت هوشیارانه |
| بتا (Beta) | 13-30 هرتز | هوشیاری فعال، تفکر، تمرکز، اضطراب |
| گاما (Gamma) | 30-100 هرتز | پردازش شناختی پیچیده، یادگیری، ادراک |
شکل موج ریتمهای مختلف سیگنال EEG
ثبت سیگنال EEG
برای ثبت سیگنالهای EEG از سیستم قرارگیری الکترودها استفاده میشود که معمولترین آنها سیستم بینالمللی 10-20 است. در این سیستم، الکترودها با فواصل مشخص (10% یا 20% از کل فاصله محیطی سر) روی نقاط خاصی از سر قرار میگیرند.
سیستم بینالمللی 10-20 برای قرارگیری الکترودهای EEG
کاربردهای سیگنال EEG
1. تشخیص بیماریها
سیگنالهای EEG در تشخیص و بررسی بسیاری از اختلالات مغزی مانند صرع، تومورها، سکته مغزی، و اختلالات خواب کاربرد دارند. الگوهای غیرطبیعی در سیگنال EEG میتواند نشاندهنده این بیماریها باشد.
2. رابطهای مغز-رایانه (BCI)
امروزه از سیگنالهای EEG برای ایجاد ارتباط مستقیم بین مغز و کامپیوتر استفاده میشود. این فناوری به افراد دارای معلولیت حرکتی امکان میدهد تا با استفاده از فعالیت مغزی خود، دستگاهها را کنترل کنند.
نمونهای از یک سیستم رابط مغز-رایانه مبتنی بر EEG
3. تحقیقات علوم شناختی
محققان علوم اعصاب از سیگنالهای EEG برای مطالعه عملکردهای شناختی مانند توجه، حافظه، یادگیری و احساسات استفاده میکنند.
4. نوروفیدبک
در این روش درمانی، از سیگنالهای EEG برای آموزش افراد جهت کنترل فعالیت مغزی خود استفاده میشود. نوروفیدبک در درمان ADHD، اضطراب، افسردگی و سایر اختلالات روانی کاربرد دارد.
مزایا و محدودیتهای EEG
مزایا:
- غیرتهاجمی و ایمن بودن
- هزینه پایین نسبت به سایر روشهای تصویربرداری مغزی
- وضوح زمانی بالا (در حد میلیثانیه)
- قابلیت حمل و استفاده در محیطهای مختلف
محدودیتها:
- وضوح مکانی پایین (دشواری در تعیین دقیق منبع فعالیت مغزی)
- حساسیت به نویز و آرتیفکتهای مختلف
- دشواری در ثبت فعالیت ساختارهای عمیق مغز
- نیاز به پردازش پیچیده سیگنال برای استخراج اطلاعات مفید
پردازش سیگنال EEG
پردازش سیگنالهای EEG شامل مراحل مختلفی مانند حذف نویز، فیلترینگ، استخراج ویژگی و طبقهبندی است. روشهای پیشرفتهای مانند تبدیل فوریه، تبدیل موجک، و الگوریتمهای یادگیری ماشین برای تحلیل این سیگنالها استفاده میشوند.
مراحل پردازش سیگنال EEG
آینده سیگنالهای EEG
با پیشرفت فناوریهای جدید مانند الکترودهای خشک (بدون نیاز به ژل)، سیستمهای EEG پوشیدنی و الگوریتمهای هوش مصنوعی، انتظار میرود کاربردهای EEG گسترش یابد و در زمینههایی مانند واقعیت مجازی، بازیهای کامپیوتری، تشخیص خستگی رانندگان و حتی کنترل پروتزهای پیشرفته بیشتر مورد استفاده قرار گیرد.