تحلیل ‏EEG‏ با استفاده از پتانسیل های برانگیختگی‏

پتانسیل های برانگیختگی عموماً ناشی از عملکرد دستگاه عصبی هستند و در قالب سیگنال های ‏EEG‏ ثبت می شوند. از آنجا که این سیگنال ها به منظور تشخیص اختلالات مغزی مورداستفاده قرار می‌گیرند، نحوه تولید پتانسیل های برانگیختگی در یک سیگنال ‏EEG‏ و آنالیز آن از اهمیت بسیاری برخوردار است. پتانسیل های برانگیختگی معمولاً به صورت فعالیت همزمان چندین گروه از نورون‌ها در یک مقطع زمانی تعریف می‌شوند، که به سیگنال ‏EEG‏ پس زمینه ‏‎(background)‎‏ اضافه شده‌اند.
تعریفی دیگر برای پتانسیل های برانگیختگی، آنها را به صورت سازمان دهی مجدد در ساختار یک سیگنال ‏EEGِ در حال شکل‌گیری توصیف می‌کند. از این منظر، تولید پتانسیل‌های برانگیختگی از طریق بزرگ نمایی یک باند فرکانسی خاص در یک مقطع زمانی انتخابی، و یا توسط اصلاح فازهای فرکانسی امکان پذیر است.‏
● تحریک حواس به منظور تولید پتانسیل های برانگیختگی‏
پتانسیل های برانگیختگی به وسیله سه نوع تحریک کلی ایجاد می شوند: تحریکات بصری، شنیداری و تماسی. پتانسیل های برانگیختگی بصری، که در این مقاله بیشتر مورد بحث هستند، معمولاً توسط فلاش های نوری یا الگوهایی نظیر صفحات شطرنج برانگیخته می شوند.‏
‏ برای درک نحوه تحلیل پتانسیل های برانگیختگی تولید شده در اثر یک تحریک بصری، از سیگنال‌های ‏EEG‏ بدست آمده در یک آزمایش کمک گرفته می‌شود. شکل نشان دهنده طرح عمومی سیگنال های ‏EEG‏ ثبت شده در اثر آزمایشات بصری است. در این مثال، الکترودها بر اساس سیستم ۲۰-۱۰ بر روی پوست سر قرار گرفته و الکترود مرجع به لاله گوش وصل شده است. نوع تحریک عبارت است از: تغییر رنگ های مشکی/سفید در مربع هایی که در یک صفحه شطرنجی قرار دارند. در اثر این تحریک، دو جهش عمده در سیگنال ‏EEG‏ ایجاد می شود.
یک جهش مثبت پس از گذشت حدود ۱۰ میلی ثانیه از آغاز تحریک ‏‎(P۱۰۰)‎‏ که با یک جهش منفی در حدود ۲۰۰ میلی ثانیه پس از اعمال تحریک‏‎(N۲۰۰)‎‏ همراه است. این جهش ها بالاخص در الکترودهای قرار گرفته در بخش پس سری قابل توجه هستند، که به دلیل نزدیکی این ناحیه به بخش بینایی و با توجه به ماهیت تحریک (بصری) کاملاً طبیعی به نظر می رسد. جهش ‏P۱۰۰‎‏ در الکترودهای پیشانی و مرکزی چشم گیرتر است. پتانسیل های برانگیختگی بصری به منظور تشخیص آسیب دیدگی در مسیرهای مربوط به بینایی، مانند اعصاب بینایی به کار می روند.‏
● پتانسیل های مرتبط با یک رویداد خاص ‏‎(ERP)‎‏ ‏
همانطور که پیش تر بیان شد، معمولاً منظور از واژه پتانسیل برانگیختگی، پاسخ های ‏EEG‏ به تحریکات حسی است. برای استخراج پتانسیل های برانگیختگی، ابتدا تحریکاتی در قالب الگوهای سازمان یافته اجرا شده و سپس از افراد مورد آزمایش درخواست می‌شود، که مهارت های مختلفی را انجام دهند. پتانسیل های مرتبط با یک رویداد خاص ‏‎(ERP)‎‏ ، طیف وسیعی از پاسخ ها را تشکیل می‌دهند، که توسط "رویداد" هایی نظیر واکنش به یک تحریک "هدف" یا تشخیص عدم حضور نوعی تحریک در یک توالی استخراج می شوند.‏
معمول ترین شیوه استخراج ‏ERP‏ ، استفاده از الگوهای غیر عادی۱ است.‏‎ ‎‏ در این نوع از الگوها، دو تحریک کاملاً متفاوت در یک توالی به صورت تصادفی قرار می گیرند. یکی از آنها به دفعات بیشتری در توالی ظاهر می شود (تحریک استاندارد) و دیگری به عنوان تحریک هدف۲ در نظر گرفته شده و ظهور آن به مراتب کمتر و به صورت پیش بینی نشده اتفاق می افتد.‏‎ ‎تحریکات استاندارد و هدف می توانند به صورت صداهایی با فرکانس های متفاوت، اشکالی با رنگ های متفاوت(صفحات شطرنجی) و ... باشند. معمولاً از افراد مورد آزمایش درخواست می شود که تعداد تحریکات هدف را در یک توالی شمارش کرده یا با هر بار ظهور یک تحریک، دکمه ای را فشار دهند.‏
● مقایسه آزمایش ‏ERP‏ با تحریکات بصری معمولی
دو آزمایش مجزا را در نظر می گیریم.
۱) آزمایش ‏ERP‏ که نوع تحریک در آن به صورت بصری است، (در بخش قبل به نحوه انجام آزمایشات ‏ERP‏ پرداختیم).
۲) آزمایش انجام شده با تحریکات بصری معمولی که در شکل توصیف شد. مقایسه این دو نوع آزمایش نشان می دهد که سیگنال های ‏EEG‏ ثبت شده در هنگام مشاهده الگوی استاندارد در آزمایش ‏ERP، دارای جهش‌های ‏P۱۰۰‎‏ و ‏N۲۰۰‎‏ است، که در یک تحریک بصری معمولی نیز اتفاق می افتد . اما تفاوت این دو نوع آزمایش، پیدایش یک جهش دیگر ‏‎(P۳۰۰)‎‏ بین لحظات ۴۰۰ و ۵۰۰ میلی ثانیه در آزمایش ‏ERP‏ است، که پس از اعمال تحریک هدف ایجاد می شود .
‎‏ منشاء دقیق این جهش در مغز هنوز ناشناخته است. اما از آنجا که ‏P۳۰۰‎‏ وابسته به نوع تحریک بوده و از مدت زمان طولانی برخوردار است، به صورت مرسوم، آنرا به فرایند شناخت ارتباط می‌دهند. فرآیند شناخت شامل مراحلی از قبیل تطابق با سیگنال، بازشناسی آن، تصمیم گیری، توجه، و به روزرسانی حافظه است.
تحقیقات بسیاری برروی ماهیت ‏P۳۰۰‎‏ انجام گرفته است. اما اکثر این تحقیقات، جهش های ‏P۳۰۰‎‏ غیرعادی را در بیماریهایی نظیر اسکیزوفرنی و افسردگی گزارش کرده‌اند و چون علت چنین بیماریهایی بروز اختلالات شناختی است، عموم محققین ‏P۳۰۰‎‏ را به بخش ادراک مغز نسبت می‌دهند.‏
● روشی برای استفاده بهینه از سیگنال های ‏ERP
شکل نشان دهنده ۱۶ سیگنال ‏EEG‏ مجزا است که از یک فرد در طی ۱۶ بار تکرار یک آزمایشERP‏ به دست آمده اند. مشاهده می کنید که پیدا کردن جهش های ‏P۱۰۰‎‏ ، ‏N۲۰۰‎‏ و ‏P۳۰۰‎‏ در هر کدام از این سیگنالها به دلیل کوچک بودن دامنه آنها بسیار مشکل است. روشی که معمولاً برای تقویت جزئیاتERP‏ به کار می رود، میانگین گیری از آزمایشات متعدد است.
شکل b میانگین کلی از ۱۶ سیگنال قبلی است. همانطور که مشاهده می‌کنید، تشخیص جهش های مذکور در این سیگنال امکان پذیر است. تاخیرات زمانی و دامنه های موجود در سیگنال ‏ERP‏ به منظور تشخیص بیماری های مختلف استفاده می‌شود. در حقیقت، جابجایی های زمانی و مکانی در جهش های اصلی آزمایش‏ERP، علائم بالینی برخی از ناهنجاری‌های مغزی هستند. به علاوه،ERP‏ به منظور ثبت و تشریح عملکرد موضعی مغز۳ نیز به کار می‌رود. البته برای تفسیر داده های حاصل از ‏ERP‏ های موضعی، توجه به نکات زیر ضروری است:‏
۱) موقعیت سه بعدی سر در هنگام انجام آزمایش
۲) نحوه انتخاب الکترود مرجع
۳) روش انتخاب شده برای محاسبات و درون یابی ها
۴) تعداد الکترودها و نحوه چیدمان آنها

۱‏ ‏Oddball Paradigms
۲‏ ‏Target Stimuli
۳‏ ‏Topography
۱. Evoked Potentials, by RODRIGO QUIAN QUIROGA, University of Leicester, United Kingdom
۲. Encyclopedia‏ ‏of Medical Devices and Instrumentation, Pages ۲۳۵-۲۳۸, Second Edition, edited by John G. Webster‎‏ ‏Copyright # ۲۰۰۶ John Wiley & Sons, Inc

منبع : مجله مهندسی پزشکی و تجهیزات آزمایشگاهی