يُعد نظام 10-10 امتداداً لطريقة وضع الأقطاب الكهربائية الدولية 10-20، حيث تم إعداده لتزويد الباحثين بشبكة أقطاب كهربائية أكثر كثافة وتناسقاً لفروة الرأس لتسجيل تخطيط كهربية الدماغ (EEG). وهو يسد الفجوات المكانية التي خلفها مخطط 10-20 الأقدم، مما يوسع التغطية من 19 موقعاً قياسياً إلى 74 موقع تسجيل أو أكثر.
وتدعم هذه الكثافة المضافة رسماً خرائطياً طبوغرافياً أدق، وهي عملية بناء صورة مفصلة لمكان تركيز النشاط الكهربائي عبر سطح فروة الرأس في أي لحظة معينة.
ما هو نظام 10-10 لتخطيط كهربية الدماغ (EEG)؟
تم توثيق نظام 10-10 لأول مرة باسم "نظام العشرة بالمائة للأقطاب الكهربائية"، وهو طريقة تم تصميمها خصيصًا للدراسات الطبوغرافية لكل من نشاط EEG التلقائي (الإشارة الخلفية المستمرة للدماغ) والنشاط المستثار (الإشارات الناتجة عن حافز معين).
يصف المخطط الأصلي مصفوفة مكونة من 81 قطبًا كهربائيًا تحافظ على كل قطب قياسي من النظام الدولي 10-20 سليمًا مع إضافة أقطاب كهربائية تكميلية في الفجوات بينها. وتقع بعض هذه الأقطاب الكهربائية الجديدة بدقة في منتصف المسافة بين قطبين موجودين في نظام 10-20. بينما يتم وضع أقطاب أخرى بين أقطاب نقطة المنتصف المضافة حديثًا، مما يخلق طبقة تغطية أكثر دقة.
تم ربط منطق التسمية وراء هذه المواقع التكميلية بشكل متعمد بالبنى القائمة بدلاً من ابتكارها من الصفر. تشير تسميات الأقطاب الكهربائية المساعدة إلى كل من منطقة الدماغ الواقعة تحت موقع معين وأقطاب 10-20 المجاورة التي تحيط به، بحيث يمكن للباحث المطلع على نظام 10-20 التوجه إلى الشبكة الجديدة دون تعلم مفردات منفصلة تمامًا.
كان الغرض المعلن من نشر هذه المصفوفة الموسعة هو تعزيز التوحيد القياسي عبر المختبرات التي تقوم بعمل تخطيط كهربية الدماغ عالي الدقة. قبل وجود اتفاقية تسمية مشتركة، كان أي مختبر يضيف أقطابًا كهربائية بين نقاط 10-20 القياسية يواجه خطر استخدام تسميات غير متسقة، مما يجعل من الصعب مقارنة النتائج الطبوغرافية بين المجموعات البحثية. وقد عالج نظام 10% تلك المشكلة مباشرة من خلال إعطاء كل موقع مضاف اسمًا ثابتًا يمكن التنبؤ به.
المعالم التشريحية واتفاقيات تسمية الأقطاب الكهربائية
يعتمد نظام 10-10 على أربعة معالم خارجية يتم قياسها مباشرة على رأس الشخص: النَشين (المنخفض في أعلى الأنف، بين العينين)، والأنيون (النتوء العظمي عند قاعدة الجمجمة)، ونقاط ما قبل الأذن اليسرى واليمنى (منخفضات صغيرة أمام كل أذن مباشرة). وتقع نقطة مرجعية خامسة، وهي القمة أو Cz، في المركز الدقيق للجمجمة، وتُحسب كنقطة المنتصف بين النشين والأنيون ونقطة المنتصف بين نقطتي ما قبل الأذن.
وبدلاً من ذلك، يقسم نظام 10-10 الأقواس إلى فترات بنسبة 10%، مما يضاعف فعليًا عدد التوقفات على طول كل خط ويخلق طبقة جديدة تمامًا من المواقع المتوسطة.
تتبع تسميات الأقطاب الكهربائية نمطًا ثابتًا من الحروف والأرقام المشتركة بين النظامين. تبدأ كل تسمية بحرف أو حرفين يشيران إلى منطقة الدماغ الواقعة تحت هذا الموقع:
Fp للقطب الجبهي (frontal pole)
F للجبهي (frontal)
C للمركزي (central)
P للجداري (parietal)
O للقذالي (occipital)
T للصدغي (temporal)
علاوة على ذلك، يقدم نظام 10-10 تسميات مدمجة للمناطق المتوسطة التي تقع بين هذه المناطق الرئيسية، بما في ذلك FC و CP و FT و TP و AF و PO.
يتبع الحرف أو الحروف رقم، ويحمل هذا الرقم معنى محددًا. تشير الأرقام الزوجية إلى مواقع نصف الكرة الأيمن، والأرقام الفردية تشير إلى مواقع نصف الكرة الأيسر، ويشير الحرف "z" (الذي يرمز إلى الصفر) إلى أي موقع يقع مباشرة على خط المنتصف الممتد من الأمام إلى الخلف فوق القمة.
رسم خريطة الشبكة الموسعة المكونة من 74 قطبًا كهربائيًا
تحتوي نسخة شبكة نظام 10-10 الأكثر استخدامًا في البيئات السريرية والبحثية الحالية على 74 قطبًا كهربائيًا نشطًا على فروة الرأس، بالإضافة إلى أقطاب مرجعية وأرضية منفصلة مطلوبة لإكمال إعداد تسجيل فعال.
هذا العدد أقل من الوصف الأصلي الذي يحتوي على 81 قطبًا كهربائيًا، والذي تضمن مواقع إضافية لشحمة الأذن لا تُستخدم دائمًا في التكوينات الحديثة. يمثل كلا العددين نفس مبدأ التصميم الأساسي، ويختلفان بشكل أساسي في ما إذا كانت أقطاب الأذن مدرجة في المجموع.
تتضمن سلسلة خط المنتصف الكاملة الممتدة من الأمام إلى الخلف عادةً Fpz و AFz و Fz و FCz و Cz و CPz و Pz و POz و Oz. وبالتحرك جانبيًا بعيدًا عن خط المنتصف، تغطي أزواج متماثلة كل نصف كرة بالتوازي: Fp1/Fp2 و AF3/AF4 و AF7/AF8 و F3/F4 و F7/F8 و FC3/FC4 و FT7/FT8 و C3/C4 و T7/T8 و CP3/CP4 و TP7/TP8 و P3/P4 و P7/P8 و PO3/PO4 و PO7/PO8 و O1/O2، من بين أقطاب أخرى تملأ الفتحات المتوسطة المتبقية.
بالمقارنة جنبًا إلى جنب، فإن هذا الترتيب يضاعف تقريبًا كثافة العينات المكانية لنظام 10-20، لأنه يدرج موقع تسجيل جديد بين كل زوج من المواقع تقريبًا التي كانت قائمة بمفردها سابقًا.
كيف يختلف نظام 10-10 عن مونتاجات 10-20 و 10-5
عند وضعها على طيف كثافة الأقطاب الكهربائية، تغطي ثلاثة أنظمة ذات صلة نقاطًا مختلفة على هذا المقياس.
يقع نظام 10-20 عند الطرف الأقل كثافة، حيث يستخدم 19 قطبًا كهربائيًا فقط لتسجيل فروة الرأس بالإضافة إلى مراجع الأذن، متباعدة بفواصل زمنية بنسبة 20% عبر الرأس. هذا التباعد الواسع فعال وسريع الإعداد، ولكنه يعني أيضًا أن النشاط الذي يبلغ ذروته في المساحة الضيقة بين موقعين قياسيين من نظام 10-20 يمكن أن يكون تمثيله ناقصًا أو يتم تفويته تمامًا في الإشارة المسجلة.
يقع نظام 10-10 في منتصف هذا الطيف، حيث يستخدم ما يقرب من 74 إلى 81 قطبًا كهربائيًا لفروة الرأس متباعدة بفواصل زمنية بنسبة 10%. الهدف من التصميم هو سد فجوات التغطية المتأصلة في تباعد 10-20 دون الانتقال إلى الكثافة القصوى المتاحة.
وتلك الكثافة القصوى تتوفر في نظام 10-5، الذي يقسم فروة الرأس بشكل أكبر إلى فواصل زمنية بنسبة 5% وينتج أكثر من 300 موقع محتمل للأقطاب الكهربائية.
النظام | التباعد | أقطاب فروة الرأس | الميزة الرئيسية |
|---|---|---|---|
10-20 | فواصل بنسبة 20% | 19 قطبًا كهربائيًا | إعداد قليل الكثافة وسريع |
10-10 | فواصل بنسبة 10% | 74-81 قطبًا كهربائيًا | يملأ فجوات التغطية المكانية |
10-5 | فواصل بنسبة 5% | أكثر من 300 موقع | كثافة قصوى للبحوث |
التطبيقات والفوائد في أبحاث تخطيط كهربية الدماغ (EEG)
شهد نظام 10-10 استخدامًا عمليًا في أبحاث تخطيط كهربية الدماغ الحديثة عالية الكثافة. ويأتي أحد الأمثلة من دراسة أجراها موروغابان وآخرون. حول تصنيف الحالات العاطفية البشرية من إشارات تخطيط كهربية الدماغ.
صمم الباحثون بروتوكولاً بصريًا سمعيًا لتحفيز خمس حالات عاطفية متميزة، وهي الاشمئزاز والسعادة والمفاجأة والخوف والخط الأساسي المحايد، وسجلوا نشاط الدماغ باستخدام 64 قطبًا كهربائيًا وضعت وفقًا لنظام 10-10 الدولي عبر فروة الرأس لـ 20 شخصًا. تم تنظيف الإشارات الخام باستخدام طريقة تصفية لابلاس السطحية (Surface Laplacian)، وهي تقنية معالجة إشارات مرتبطة بنهج مونتاج لابلاس، قبل تقسيمها إلى نطاقات تردد ألفا وبيتا وغاما باستخدام تحويل المويجات المتقطع.
باستخدام الميزات القائمة على الطاقة والمستخرجة من نطاقات التردد هذه، اختبرت الدراسة طريقتين لتصنيف الأنماط، وهما الجار الأقرب (KNN) والتحليل التمييزي الخطي (LDA)، لمعرفة مدى دقة كل منهما في فرز إشارات الدماغ إلى الفئة العاطفية الصحيحة. أنتجت إحدى مجموعات الميزات المقترحة متوسط معدل تصنيف أقصى قدره 83.26% باستخدام KNN و75.21% باستخدام LDA، متفوقة على مناهج استخراج الميزات التقليدية التي تم اختبارها في نفس الدراسة.
تثبت هذه النتيجة أن مصفوفة مكونة من 64 قناة مبنية على تخطيط 10-10 يمكن أن تدعم عمل تصنيف إشارات ذي مغزى.
خارج هذا التطبيق الفردي، تُعزى العديد من الفوائد عادةً إلى نظام 10-10 بناءً على الاستدلال الهندسي بدلاً من المقارنة التجريبية المباشرة. يُفترض عمومًا أن شبكة الأقطاب الكهربائية الأكثر كثافة تنتج خرائط طبوغرافية أكثر دقة وتحديدًا أفضل للمصدر، نظرًا لأن المزيد من نقاط العينات عبر فروة الرأس يجب، من حيث المبدأ، أن تلتقط التفاصيل المكانية التي قد يتجاهلها التباعد الأوسع أو يغفلها.
يُفترض أيضًا أن التغطية الأكثر كثافة تلتقط بشكل أفضل النشاط البؤري أو عالي التردد المتركز في منطقة صغيرة من فروة الرأس، وهو النشاط الذي قد يقع بين قطبين متباعدين من نظام 10-20 ولا يتم اكتشافه. تجعل كثافة النظام أيضًا متوافقًا مع تقنيات الترشيح المكاني مثل معالجة لابلاس السطحية، وهي نفس الطريقة المطبقة في دراسة تصنيف العواطف الموصوفة أعلاه.
القيود والاتجاهات المستقبلية لنظام 10-10 لتخطيط كهربية الدماغ
على الرغم من مزاياه الواضحة، فإن تطبيق المصفوفات عالية الكثافة يتطلب وقتًا طويلاً للإعداد وخبرة طويلة الأجل لإدارة جودة الإشارة بشكل فعال. يمكن أن يكون إعداد عشرات المواقع على فروة الرأس كثيف العمالة، وغالبًا ما يزيد من مدة وتعقيد مرحلة التحضير للباحثين والمرضى على حد سواء. كما يتطلب الحفاظ على أداء ثابت عبر هذا العدد الكبير من أجهزة الاستشعار معايرة متكررة، وهو ما يمكن أن يمثل تحديًا أثناء التجارب التجريبية الطويلة والمتكررة.
علاوة على ذلك، فإن نظام 10-10، رغم شموليته، ليس محصنًا تمامًا ضد مشكلات التوصيل الحجمي أو القيود الكامنة في الحساسية على مستوى فروة الرأس. لا يزال من الصعب عزل بعض أنشطة الدماغ الأعمق من خلال أجهزة الاستشعار الخارجية وحدها، بغض النظر عن مدى مثالية وضع الشبكة. تتطلع التطورات المستقبلية إلى إقران هذه الأنظمة بمرشحات حوسبية متطورة لتقليل ضبابية الإشارة وتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء الإجمالية في الظروف المختبرية الصعبة.
بالنظر إلى المستقبل، فإن دمج تقنيات وضع الأقطاب تلقائيًا يحمل القدرة على التخفيف من حواجز الإعداد الحالية. قد تسمح الأجهزة المبتكرة في النهاية بالتطبيق السريع والآلي بالكامل للمصفوفات كاملة الكثافة، مما يسهل الوصول إلى المراقبة عالية الدقة. ومع تطور هذه الأنظمة، فمن المرجح أن تصبح أكثر سهولة في النقل والتكيف، مما يتيح في النهاية قياس تخطيط كهربية الدماغ عالي الكثافة على المدى الطويل في بيئات أكثر راحة وطبيعية.
ماذا يعني هذا لتسجيل تخطيط كهربية الدماغ عالي الكثافة
نظام وضع أقطاب تخطيط كهربية الدماغ 10-10 هو امتداد قياسي لتخطيط 10-20، تم بناؤه لسد الفجوات المكانية بشبكة مكونة من 74 قطبًا كهربائيًا أو أكثر تحكمها تسمية تشريحية متسقة. تعود كل نقطة إلى نفس معالم النشين، والأنيون، وما قبل الأذن، والقمة المستخدمة في طريقة 10-20 الأصلية، مقسمة بدقة أكبر لتسمح بتغطية أكثر كثافة ودراسة طبوغرافية أكثر تفصيلاً للنشاط الكهربائي للدماغ، وهو اهتمام أساسي عبر أبحاث علم الأعصاب بشكل عام.
لقد وجد النظام استخدامًا حقيقيًا في بيئات البحث ومونتاجات تخطيط كهربية الدماغ، بما في ذلك الدراسات التي تطبق طرق التصنيف القائمة على المويجات على إشارات تخطيط كهربية الدماغ المسجلة عبر عشرات المواقع على فروة الرأس.
مع تبني المختبرات لهذا التخطيط، تصبح المخاوف العملية مثل وقت التحضير، والراحة المستدامة، وخطر تكوين جسر جل بين أجهزة الاستشعار المتقاربة على نفس القدر من الأهمية مثل إمكانية الحصول على خرائط دماغية أكثر وضوحًا. تكمن القوة الحقيقية للنظام اليوم في خلق لغة مشتركة تتيح لمجموعات البحث المختلفة مقارنة نتائجها عالية الدقة بطريقة متسقة.
المراجع
شاتريان، ج. إي.، ليتيتش، إي.، ونيلسون، ب. ل. (1985). نظام العشرة بالمائة للأقطاب الكهربائية للدراسات الطبوغرافية لأنشطة تخطيط كهربية الدماغ التلقائية والمستثارة. المجلة الأمريكية لتكنولوجيا تخطيط كهربية الدماغ، 25(2)، 83-92. https://doi.org/10.1080/00029238.1985.11080163
موروغابان، م.، راماتشاندران، ن.، وسازالي، ي. (2010). تصنيف المشاعر الإنسانية من تخطيط كهربية الدماغ باستخدام تحويل المويجات المتقطع. مجلة الهندسة والعلوم الطبية الحيوية، 3(4)، 390-396. http://dx.doi.org/10.4236/jbise.2010.34054
الأسئلة الشائعة
ما هو نظام وضع أقطاب تخطيط كهربية الدماغ 10-10؟
نظام 10-10 هو امتداد للطريقة الدولية 10-20 يضيف أقطابًا كهربائية بفواصل زمنية بنسبة 10% بين المعالم التشريحية. يخلق هذا النظام شبكة أكثر كثافة تتكون عادة من 74 قطبًا كهربائيًا على فروة الرأس لالتقاط معلومات مكانية أكثر تفصيلاً حول النشاط الكهربائي للدماغ.
كيف يختلف نظام 10-10 عن نظام 10-20؟
يباعد نظام 10-20 بين الأقطاب الكهربائية بفواصل زمنية بنسبة 20% على طول الرأس، بينما يقلل نظام 10-10 هذا التباعد إلى النصف بنسبة 10%. يؤدي هذا إلى ملء الفجوات بين مواقع 10-20 الحالية، مما يضاعف تقريبًا عدد مواقع التسجيل دون إزالة أي أقطاب كهربائية أصلية.
لماذا تم تطوير نظام 10-10؟
تم إنشاؤه لتزويد الباحثين بتخطيط قياسي وعالي الدقة لدراسات تخطيط كهربية الدماغ الطبوغرافية. وقبل إدخاله، كانت المختبرات التي تضيف أقطابًا إضافية تستخدم غالبًا تسميات غير متسقة، مما يجعل من الصعب مقارنة النتائج عبر المجموعات البحثية.
ما هي المعالم التشريحية التي توجه وضع الأقطاب الكهربائية؟
يعتمد النظام على النشين (جسر الأنف)، والأنيون (النتوء في الجزء الخلفي من الجمجمة)، ونقاط ما قبل الأذن اليسرى واليمنى (أمام كل أذن مباشرة). ثم يتم حساب القمة (Cz) كنقطة منتصف مركزية بين هذه المعالم الأربعة.
كيف يتم تسمية الأقطاب الكهربائية في نظام 10-10؟
تبدأ التسميات بحرف أو حرفين يشيران إلى منطقة الدماغ المعنية (مثل F للجبهي، وFC للجبهي المركزي). يتبع ذلك رقم: فردي لنصف الكرة الأيسر، وزوجي للأيمن، وحرف 'z' لخط المنتصف، مما يحافظ على ارتباط التسمية بنقاط الارتكاز المألوفة في نظام 10-20.
كم عدد الأقطاب الكهربائية التي يستخدمها نظام 10-10 عادةً؟
يتضمن التكوين الأكثر استخدامًا 74 قطبًا كهربائيًا نشطًا لفروة الرأس، إلى جانب أقطاب مرجعية وأرضية منفصلة. وهذا يقل قليلاً عن الوصف الأصلي المكون من 81 موقعًا، والذي تضمن أيضًا مواقع شحمة الأذن التي غالبًا ما يتم حذفها اليوم.
ما هي المزايا المتوقعة من استخدام نظام 10-10؟
يُعتقد أن التغطية الأكثر كثافة للأقطاب الكهربائية تعمل على تحسين رسم الخرائط الطبوغرافية واكتشاف الأنشطة الدماغية البؤرية أو عالية التردد بشكل أفضل، والتي قد تقع بين أجهزة الاستشعار المتباعدة على نطاق واسع.
تُعد Emotiv شركة رائدة في تقنيات الأعصاب، تساعد على تطوير أبحاث علم الأعصاب من خلال أدوات EEG وبيانات الدماغ سهلة الوصول.
كريستيان بورغوس
