سیستم ۱۰-۱۰ قرارگیری الکترود در EEG

سیستم ثبت ۱/۴-۱/۴ در EEG چیست؟

سیستم ۱۰-۱۰ ابتدا به عنوان «سیستم الکترود ده درصد» مستند شد؛ روشی که به طور ویژه برای مطالعات توپوگرافی فعالیت خودبه‌خودی EEG (سیگنال زمینه و مداوم مغز) و فعالیت برانگیخته (سیگنال‌های تحریک‌شده توسط یک محرک خاص) طراحی شده بود.

توضیحات اولیه، آرایه‌ای از ۸۱ الکترود را نشان می‌دهد که تمام لیدهای استاندارد سیستم بین‌المللی ۱۰-۲۰ را حفظ کرده و در عین حال، الکترودهای تکمیلی را در فواصل بین آن‌ها اضافه می‌کند. برخی از این الکترودهای جدید دقیقاً در نیمه راه بین دو لید موجود در سیستم ۱۰-۲۰ قرار می‌گیرند. برخی دیگر بین آن الکترودهای نقطه‌میانی تازه‌اضافه‌شده قرار می‌گیرند و لایه پوشش حتی دقیق‌تری را ایجاد می‌کنند.

منطق نام‌گذاری این جایگاه‌های تکمیلی به جای اینکه از ابتدا ابداع شود، به طور تعمدی به ساختارهای موجود متصل شده بود. نام‌گذاری الکترودهای کمکی هم به ناحیه مغزی زیرین یک جایگاه خاص و هم به لیدهای ۱۰-۲۰ مجاور که آن را احاطه کرده‌اند اشاره دارد، بنابراین پژوهشگری که با سیستم ۱۰-۲۰ آشنایی دارد، می‌تواند بدون یادگیری یک واژگان کاملاً مجزا، جهت خود را در شبکه جدید پیدا کند.

هدف اعلام‌شده از انتشار این آرایه توسعه‌یافته، ترویج استانداردسازی در آزمایشگاه‌هایی بود که کارهای EEG با وضوح بالا انجام می‌دهند. قبل از وجود یک قرارداد نام‌گذاری مشترک، هر آزمایشگاهی که الکترودهایی را بین نقاط استاندارد ۱۰-۲۰ اضافه می‌کرد، در معرض خطر استفاده از برچسب‌های ناسازگار قرار داشت که مقایسه یافته‌های توپوگرافی را بین گروه‌های تحقیقاتی دشوار می‌کرد. سیستم ۱۰ درصد با دادن نام ثابت و قابل پیش‌بینی به هر جایگاه اضافه‌شده، مستقیماً به آن مشکل پرداخت.

نشانه های آناتومیک و قراردادهای نام گذاری الکترودها

سیستم ۱۰-۱۰ بر چهار نشانه بیرونی تکیه دارد که مستقیماً روی سر فرد اندازه‌گیری می‌شوند: نازیون (فرورفتگی بالای بینی، بین چشم‌ها)، اینیون (برجستگی استخوانی در پایه جمجمه)، و نقاط پیش‌گوشی چپ و راست (فرورفتگی‌های کوچک درست در جلوی هر گوش). نقطه مرجع پنجم، ورتکس یا Cz، دقیقاً در مرکز جمجمه قرار دارد که به عنوان نقطه میانی بین نازیون و اینیون و نقطه میانی بین دو نقطه پیش‌گوشی محاسبه می‌شود.

در عوض، سیستم ۱۰-۱۰ کمان‌ها را به فواصل ۱۰ درصدی تقسیم می‌کند و به طور مؤثری تعداد ایستگاه‌ها را در طول هر خط دو برابر می‌کند و لایه کاملاً جدیدی از موقعیت‌های میانی ایجاد می‌کند.

برچسب‌های الکترود از یک الگوی حروف و اعداد ثابت پیروی می‌کنند که بین هر دو سیستم مشترک است. هر برچسب با یک یا دو حرف شروع می‌شود که نشان‌دهنده ناحیه مغزی زیر آن جایگاه است:

• Fp برای قطب پیشانی

• F برای پیشانی

• C برای مرکزی

• P برای آهیانه‌ای

• O برای پس‌سری

• T برای گیجگاهی

علاوه بر این، سیستم ۱۰-۱۰ برچسب‌های ترکیبی را برای مناطق میانی که بین این نواحی اصلی قرار دارند، از جمله FC، CP، FT، TP، AF و PO معرفی می‌کند.

سپس یک عدد به دنبال حرف یا حروف می‌آید که این عدد معنای خاصی دارد. اعداد زوج نشان‌دهنده موقعیت‌های نیمکره راست، اعداد فرد نشان‌دهنده موقعیت‌های نیمکره چپ، و حرف «z» (نشان‌دهنده صفر) نشان‌دهنده هر جایگاهی است که مستقیماً روی خط میانی که از جلو به عقب روی ورتکس امتداد دارد قرار گرفته است.

نقشه برداری از شبکه توسعه یافته ۷۴ الکترودی

نسخه‌ای از شبکه سیستم ۱۰-۱۰ که امروزه به طور معمول در محیط‌های بالینی و تحقیقاتی استفاده می‌شود، شامل ۷۴ الکترود فعال پوست سر، به همراه الکترودهای مرجع و گراند جداگانه‌است که برای تکمیل یک پیکربندی ثبت فعال مورد نیاز هستند.

این تعداد کمتر از توضیحات اولیه ۸۱ الکترودی است که شامل جایگاه‌های اضافی لاله گوش می‌شد که همیشه در پیکربندی‌های مدرن استفاده نمی‌شوند. هر دو تعداد نشان‌دهنده یک اصل طراحی اساسی هستند و تفاوت آنها عمدتاً در این است که آیا الکترودهای گوش در کل تعداد گنجانده شده‌اند یا خیر.

زنجیره کامل خط میانی که از جلو به عقب امتداد دارد معمولاً شامل Fpz، AFz، Fz، FCz، Cz، CPz، Pz، POz و Oz است. با حرکت جانبی به سمت دور شدن از خط میانی، جفت‌های متقارن هر نیمکره را به موازات هم پوشش می‌دهند: Fp1/Fp2، AF3/AF4، AF7/AF8، F3/F4، F7/F8، FC3/FC4، FT7/FT8، C3/C4، T7/T8، CP3/CP4، TP7/TP8، P3/P4، P7/P8، PO3/PO4، PO7/PO8، و O1/O2، در میان دیگر لیدهایی که جاهای خالی میانی باقی‌مانده را پر می‌کنند.

در مقایسه پهلو به پهلو، این چیدمان تراکم نمونه‌برداری فضایی سیستم ۱۰-۲۰ را تقریباً دو برابر می‌کند، زیرا یک جایگاه ثبت جدید را بین تقریباً هر جفت موقعیتی که قبلاً به تنهایی قرار داشتند، وارد می‌کند.

تفاوت سیستم ۱۰-۱۰ با آرایش های ۱۰-۲۰ و ۱۰-۵

هنگامی که سه سیستم مرتبط را بر روی طیفی از تراکم الکترود قرار دهیم، نقاط مختلفی از این مقیاس را پوشش می‌دهند.

سیستم ۱۰-۲۰ در انتهای کم‌تراکم قرار دارد و تنها از ۱۹ الکترود ثبت پوست سر به همراه مرجع‌های گوش استفاده می‌کند که با فواصل ۲۰ درصدی در سراسر سر قرار گرفته‌اند. آن فاصله گسترده، کارآمد است و به سرعت راه‌اندازی می‌شود، اما به این معنی نیز هست که فعالیتی که در فضای باریک بین دو جایگاه استاندارد ۱۰-۲۰ به اوج خود می‌رسد، ممکن است در سیگنال ثبت‌شده کمتر نشان داده شود یا به طور کامل نادیده گرفته شود.

سیستم ۱۰-۱۰ در وسط این طیف قرار دارد و تقریباً از ۷۴ تا ۸۱ الکترود پوست سر با فواصل ۱۰ درصدی استفاده می‌کند. هدف از این طراحی، پر کردن شکاف‌های پوشش ذاتی در فواصل ۱۰-۲۰ بدون رفتن به سمت بیشترین تراکم موجود است.

آن تراکم حداکثری متعلق به سیستم ۱۰-۵ است که پوست سر را بیشتر به فواصل ۵ درصدی تقسیم می‌کند و بیش از ۳۰۰ موقعیت الکترودی ممکن را ایجاد می‌کند.

کاربردها و مزایا در تحقیقات EEG

سیستم ۱۰-۱۰ کاربرد عملی را در تحقیقات مدرن EEG با تراکم بالا پیدا کرده است. یک نمونه از آن مطالعه‌ای است که توسط .Murugappan et al در مورد طبقه‌بندی وضعیت‌های عاطفی انسان از روی سیگنال‌های EEG انجام شده است.

محققان یک پروتکل صوتی-تصویری را برای القای پنج حالت عاطفی متمایز (انزجار، شادی، تعجب، ترس و یک خط زمینه خنثی) طراحی کردند و فعالیت مغز را با استفاده از ۶۴ الکترود قرار داده شده بر اساس سیستم بین‌المللی ۱۰-۱۰ روی پوست سر ۲۰ آزمودنی ثبت کردند. سیگنال‌های خام ابتدا با استفاده از روش فیلترینگ لاپلاسین سطحی (یک تکنیک پردازش سیگنال مرتبط با رویکرد آرایش لاپلاسین) پاک‌سازی شدند و سپس با استفاده از تبدیل موجک گسسته به باندهای فرکانسی آلفا، بتا و گاما تجزیه شدند.

با استفاده از ویژگی‌های مبتنی بر انرژی استخراج‌شده از این باندهای فرکانسی، این مطالعه دو روش طبقه‌بندی الگو، یعنی نزدیک‌ترین همسایه (KNN) و تحلیل ممیز خطی (LDA) را مورد آزمایش قرار داد تا ببیند هر کدام با چه دقتی می‌توانند سیگنال‌های مغزی را در دسته عاطفی صحیح دسته‌بندی کنند. یک مجموعه ویژگی پیشنهادی، میانگین حداکثر نرخ طبقه‌بندی ۸۳.۲۶٪ را با استفاده از KNN و ۷۵.۲۱٪ را با استفاده از LDA ایجاد کرد که عملکرد بهتری نسبت به روش‌های سنتی‌تر استخراج ویژگی آزمایش شده در همان مطالعه داشت.

این نتیجه نشان می‌دهد که یک آرایه ۶۴ کاناله ساخته‌شده بر اساس چیدمان ۱۰-۱۰ می‌تواند از کارهای طبقه‌بندی معنی‌دار سیگنال پشتیبانی کند.

فراتر از این تک کاربرد، چندین مزیت به طور معمول بر اساس استدلال هندسی و نه مقایسه تجربی مستقیم به سیستم ۱۰-۱۰ نسبت داده می‌شود. به طور کلی فرض بر این است که یک شبکه الکترودی متراکم‌تر، نقشه‌های توپوگرافی دقیق‌تر و مکان‌یابی منبع بهتری را ایجاد می‌کند، زیرا نقاط نمونه‌برداری بیشتر در سراسر پوست سر باید اصولاً جزئیات فضایی را که فواصل بازتر ممکن است هموار کرده یا نادیده بگیرند، ثبت کنند.

همچنین فرض بر این است که پوشش متراکم‌تر فعالیت‌های کانونی یا با فرکانس بالا که در ناحیه کوچکی از پوست سر متمرکز شده‌اند را بهتر ثبت می‌کند؛ فعالیتی که ممکن است بین دو الکترود ۱۰-۲۰ با فاصله زیاد قرار گیرد و شناسایی نشود. تراکم این سیستم همچنین آن را با تکنیک‌های فیلترینگ فضایی مانند پردازش لاپلاسین سطحی، یعنی همان روشی که در مطالعه طبقه‌بندی احساسات در بالا توصیف شد، سازگار می‌کند.

محدودیت ها و مسیرهای آینده برای سیستم EEG 10-10

علیرغم مزایای آشکار آن، استفاده از آرایه‌های با تراکم بالا به زمان قابل توجهی برای راه‌اندازی و تخصص طولانی‌مدت برای مدیریت مؤثر کیفیت سیگنال نیاز دارد. آماده‌سازی ده‌ها جایگاه روی پوست سر می‌تواند کاربر بر باشد و اغلب مدت زمان و پیچیدگی مرحله آماده‌سازی را برای محققان و بیماران به طور یکسان افزایش می‌دهد. حفظ عملکرد مداوم در میان چنین تعداد زیادی از سنسورها، نیازمند کالیبراسیون مکرر نیز هست که می‌تواند چالشی در طول آزمایش‌های تجربی طولانی و تکراری باشد.

علاوه بر این، سیستم ۱۰-۱۰، اگرچه گسترده است، اما کاملاً در برابر مشکلات هدایت حجمی یا محدودیت ذاتی ثبت از روی پوست سر مصون نیست. برخی از فعالیت‌های عمیق‌تر مغز همچنان به سختی تنها از طریق حسگرهای خارجی جدا می‌شوند، بدون توجه به اینکه شبکه چقدر عالی قرار داده شده باشد. پیشرفت‌های آینده به دنبال جفت کردن این سیستم‌ها با فیلترهای محاسباتی پیشرفته برای به حداقل رساندن بیشتر تاری سیگنال و بهبود نسبت کلی سیگنال به نویز در شرایط چالش‌برانگیز آزمایشگاهی هستند.

با نگاه به آینده، ادغام فناوری‌های قراردهی خودکار این پتانسیل را دارد که موانع راه‌اندازی فعلی را کاهش دهد. سخت‌افزار نوآورانه ممکن است در نهایت امکان استفاده سریع و بدون نیاز به دست از آرایه‌های با تراکم کامل را فراهم کند که دسترسی به نظارت با وضوح بالا را دموکراتیک‌تر می‌کند. همانطور که این سیستم‌ها تکامل می‌یابند، احتمالاً قابل حمل‌تر و سازگارتر خواهند شد و در نهایت اندازه‌گیری طولانی‌مدت و با تراکم بالای EEG را در محیط‌های راحت‌تر و طبیعی‌تر ممکن می‌سازند.

این موضوع چه معنایی برای ثبت EEG با تراکم بالا دارد؟

سیستم قراردهی الکترود EEG ۱۰-۱۰ یک توسعه استاندارد از چیدمان ۱۰-۲۰ است که برای پر کردن شکاف‌های فضایی با شبکه‌ای از ۷۴ الکترود یا بیشتر که توسط یک طرح نام‌گذاری آناتومیک ثابت هدایت می‌شوند، ساخته شده است. هر موقعیت به همان نشانه‌های نازیون، اینیون، پیش‌گوشی و ورتکس مورد استفاده در روش اصلی ۱۰-۲۰ برمی‌گردد که به طور دقیق‌تری تقسیم شده‌اند تا پوشش متراکم‌تر و مطالعه توپوگرافی دقیق‌تری از فعالیت الکتریکی مغز را امکان‌پذیر سازند؛ موضوعی که یک علاقه اصلی در سراسر تحقیقات علوم اعصاب به شمار می‌رود.

این سیستم کاربرد واقعی در محیط‌های تحقیقاتی و آرایش‌های EEG پیدا کرده است، از جمله مطالعاتی که روش‌های طبقه‌بندی مبتنی بر موجک را روی سیگنال‌های EEG ثبت شده در ده‌ها جایگاه پوست سر اعمال می‌کنند.

همانطور که آزمایشگاه‌ها این چیدمان را اتخاذ می‌کنند، نگرانی‌های عملی مانند زمان آماده‌سازی، راحتی پایدار و خطر پل زدن ژل بین سنسورهای به هم فشرده، به اندازه پتانسیل داشتن نقشه‌های مغزی دقیق‌تر اهمیت پیدا می‌کنند. قدرت واقعی این سیستم امروزه در ایجاد یک زبان مشترک نهفته است که به گروه‌های تحقیقاتی مختلف اجازه می‌دهد تا یافته‌های با وضوح بالا خود را به روشی سازگار با یکدیگر مقایسه کنند.

منابع

1. Chatrian, G. E., Lettich, E., & Nelson, P. L. (1985). Ten percent electrode system for topographic studies of spontaneous and evoked EEG activities. American Journal of EEG technology, 25(2), 83-92. https://doi.org/10.1080/00029238.1985.11080163

2. Murugappan, M., Ramachandran, N., & Sazali, Y. (2010). Classification of human emotion from EEG using discrete wavelet transform. Journal of biomedical science and engineering, 3(4), 390-396. http://dx.doi.org/10.4236/jbise.2010.34054

پرسش‌های متداول

سیستم قراردهی الکترود ۱۰-۱۰ در EEG چیست؟

سیستم ۱۰-۱۰ توسعه‌ای از روش بین‌المللی ۱۰-۲۰ است که الکترودهایی را با فواصل ۱۰ درصدی بین نشانه‌های آناتومیک اضافه می‌کند. این سیستم یک شبکه متراکم‌تر از معمولاً ۷۴ الکترود پوست سر ایجاد می‌کند تا اطلاعات فضایی دقیق‌تری را در مورد فعالیت الکتریکی مغز ثبت کند.

تفاوت سیستم ۱۰-۱۰ با سیستم ۱۰-۲۰ چیست؟

سیستم ۱۰-۲۰ الکترودها را با فواصل ۲۰ درصدی در طول سر قرار می‌دهد، در حالی که سیستم ۱۰-۱۰ این فاصله را به نصف یعنی ۱۰ درصد کاهش می‌دهد. این کار شکاف‌های بین موقعیت‌های موجود در ۱۰-۲۰ را پر می‌کند و تقریباً تعداد جایگاه‌های ثبت را بدون حذف هیچ یک از الکترودهای اصلی دو برابر می‌کند.

چرا سیستم ۱۰-۱۰ توسعه یافت؟

این سیستم برای ارائه یک چیدمان استاندارد و با وضوح بالا به محققان برای مطالعات توپوگرافی EEG ایجاد شد. قبل از معرفی آن، آزمایشگاه‌هایی که الکترودهای اضافی اضافه می‌کردند اغلب از برچسب‌های ناسازگار استفاده می‌کردند که مقایسه یافته‌ها را در میان گروه‌های تحقیقاتی دشوار می‌کرد.

چه نشانه‌های آناتومیکی راهنمای قراردهی الکترودها هستند؟

این سیستم بر نازیون (پل بینی)، اینیون (برجستگی پشت جمجمه) و نقاط پیش‌گوشی چپ و راست (درست در جلوی هر گوش) تکیه دارد. سپس ورتکس (Cz) به عنوان نقطه میانی مرکزی بین این چهار نشانه محاسبه می‌شود.

نام‌گذاری الکترودها در سیستم ۱۰-۱۰ چگونه است؟

برچسب‌ها با یک یا دو حرف شروع می‌شوند که نشان‌دهنده ناحیه مغزی زیرین است (به عنوان مثال، F برای فرونتال، FC برای فرونتو-سنترال). یک عدد بعد از آن می‌آید: فرد برای نیمکره چپ، زوج برای راست، و 'z' برای خط میانی، که نام‌گذاری را به نقاط لنگر آشنای ۱۰-۲۰ متصل نگه می‌دارد.

سیستم ۱۰-۱۰ معمولاً از چند الکترود استفاده می‌کند؟

پرکاربردترین پیکربندی شامل ۷۴ الکترود فعال پوست سر به همراه الکترودهای مرجع و گراند مجزا است. این تعداد کمی کمتر از توضیحات اولیه ۸۱ جایگاهی است که موقعیت‌های لاله گوش را نیز محاسبه می‌کرد که امروزه اغلب حذف می‌شوند.

چه مزایایی از استفاده از سیستم ۱۰-۱۰ انتظار می‌رود؟

تصور می‌شود که پوشش متراکم‌تر الکترودها نقشه‌برداری توپوگرافی را بهبود می‌بخشد و فعالیت‌های مغزی کانونی یا با فرکانس بالا را که ممکن است بین سنسورهای با فاصله زیاد نادیده گرفته شوند، بهتر شناسایی می‌کند.