سیستم ۱۰-۲۰ یک روش مبتنی بر اندازهگیری است که نسبتهای منحصربهفرد جمجمه هر فرد را به یک شبکه مختصات مشترک تبدیل میکند. تکنسینها به جای حدس زدن موقعیت قرارگیری لوب پیشانی یا مراکز پردازش بینایی در پشت مغز، درصدهای مشخصی از فاصله بین نقاط آناتومیک ثابت روی سر را اندازهگیری میکنند.
این امر موقعیتهایی را برای الکترودها ایجاد میکند که به روشی کلی و تکرارپذیر، با نواحی قشر مغز در زیر پوست سر مطابقت دارند. از آنجا که این روش با اندازه سر مقیاسبندی میشود و به فاصلههای ثابت سانتیمتری تکیه ندارد، به طور یکنواخت در میان بزرگسالان، کودکان و حتی بین افراد با شکلهای سر کاملاً متفاوت کار میکند.
چگونه تکنسینهای EEG پوست سر را برای قرارگیری الکترود اندازهگیری میکنند
قبل از اینکه هر الکترودی پوست را لمس کند، چهار نقطه شاخص روی جمجمه باید به صورت دستی مشخص شوند. این نقاط عبارتند از: نازیون (nasion)، فرورفتگی کوچک در پل بینی جایی که پیشانی به بینی میرسد؛ اینیون (inion)، برجستگی استخوانی که در پای جمجمه، جایی که به گردن متصل میشود، احساس میشود؛ و دو نقطه پیشگوشی (preauricular)، فرورفتگیهای کوچکی که دقیقاً در جلوی مجرای هر گوش قرار دارند، یکی در سمت چپ و دیگری در سمت راست.
هر چهار نقطه قابل لمس هستند، به این معنی که تنها با لمس کردن میتوان آنها را پیدا کرد، و به همین دلیل است که این سیستم بدون نیاز به هیچ تجهیزات تصویربرداری به طور قابل اعتمادی کار میکند.
پس از شناسایی این نقاط شاخص، تکنسین فاصله نازیون تا اینیون را با استفاده از یک نوار اندازهگیری انعطافپذیر که مستقیماً در امتداد خط میانی پوست سر قرار میگیرد و منحنی سر را از جلو به عقب دنبال میکند، اندازهگیری میکند. این اندازهگیری واحد، به فاصله مرجع برای هر موقعیت الکترود جلو به عقب یا ساجیتال تبدیل میشود.
به طور جداگانه، فاصله بین دو نقطه پیشگوشی نیز اندازهگیری میشود، اما این بار نوار از روی ورتکس (vertex)، یعنی بالاترین نقطه در تاج سر عبور میکند و خطی را از گوش به گوش ترسیم میکند. این اندازهگیری دوم، محور افقی یا کرونال شبکه را تعریف میکند.
منشأ و هدف سیستم ۱۰-۲۰
نام «۱۰-۲۰» به نحوه تقسیم دو فاصله مرجع اشاره دارد. ردیفهای الکترود در فواصلی معادل ۱۰٪ یا ۲۰٪ از کل فاصله اندازهگیریشده قرار میگیرند.
با شروع از نازیون در امتداد خط میانی، اولین علامت الکترود در ۱۰٪ از فاصله نازیون تا اینیون قرار میگیرد که نقطهای به نام Fpz را مشخص میکند. از آنجا، هر علامت بعدی ۲۰٪ جلوتر در امتداد خط قرار میگیرد و از موقعیتهای علامتگذاری شده با Fz، Cz، Pz عبور کرده و در نهایت به Oz میرسد که در ۱۰٪ بالای اینیون قرار دارد.
با جمع کردن اینها، ۱۰٪ بعلاوه چهار گام ۲۰٪ بعلاوه ۱۰٪ نهایی در مجموع ۱۰۰٪ میشود که کل فاصله نازیون تا اینیون را پوشش میدهد. همین منطق فواصل ۱۰٪ و سپس ۲۰٪ برای خط عرضی که از گوش به گوش کشیده شده و سپس مجدداً در کل محیط سر اعمال میشود تا یک شبکه کامل به جای تنها دو خط متقاطع ایجاد شود.
درک نامگذاری سیستم ۱۰-۲۰ در EEG
هر موقعیت در شبکه ۱۰-۲۰ نامی متشکل از یک حرف و یک عدد دریافت میکند.
حرف نشاندهنده ناحیه کلی مغز است که در زیر آن موقعیت پوست سر قرار دارد، در حالی که عدد نشان میدهد که آن الکترود چقدر در سمت چپ یا راست خط میانی قرار گرفته است. اعداد فرد همیشه در سمت چپ سر و اعداد زوج در سمت راست قرار میگیرند و حرف «z» که مخفف صفر (zero) است، هر چیزی را که مستقیماً روی خط میانی قرار دارد مشخص میکند.
حروف نواحی به شرح زیر تقسیم میشوند:
Fp، برای فرانتوپلار (frontopolar)، که سایتهای نزدیک به پیشانی و جلوییترین بخش ناحیه پرهفرونتال را مشخص میکند.
F، برای فرونتال (frontal)، که ناحیه وسیعتر لوب پیشانی در پشت پیشانی را پوشش میدهد.
C، برای سنترال (central)، که روی نوار قشر مغز درگیر در حرکت و احساس قرار میگیرد.
P، برای پاریتال (parietal)، که بخش بالایی و پشتی جمجمه را پوشش میدهد.
O، برای اکسیپیتال (occipital)، در دورترین قسمت پشت سر نزدیک به نواحی پردازش بینایی.
T، برای تمپورال (temporal)، روی طرفین سر بالای گوشها.
A، برای اوریکولار (auricular)، که به خود لالههای گوش اشاره دارد، که مکرراً به عنوان نقاط مرجع خنثی به جای سایتهای ثبت فعال استفاده میشوند.
اعمال این طرح برچسبگذاری در کل شبکه اندازهگیری، یک آرایه استاندارد از ۲۱ سایت الکترود ایجاد میکند که هنوز هم ستون فقرات کلینیکی روتین EEG است.
مروری بر سیستم ۱۰-۲۰ قرارگیری الکترود EEG
یک آزمایش EEG مؤثر نیاز به قرارگیری دقیق الکترودها دارد تا اطمینان حاصل شود که هر ناحیه از پوست سر به طور مناسب پوشش داده شده است. نواحی مختلف مورد نظر اغلب تعیین میکنند که کدام زیرمجموعههای الکترود در طول جلسه در اولویت قرار گیرند.
درک این گروههای خاص به حفظ کیفیت بالای سیگنال در طول دوره ثبت کمک میکند.
الکترودهای فرونتال (F)
الکترودهای فرونتال روی مغز قدامی قرار میگیرند و اغلب نقش مهمی در شناسایی فعالیتهای مرتبط با عملکردهای شناختی عالی و برنامهریزی حرکتی دارند. با قرار دادن صحیح این حسگرها، بالینگران میتوانند الگوهای مرتبط با حالات مختلف هوشیاری و neurophysiological anomalies احتمالی را نظارت کنند. این سایتها برای اندازهگیری عملکرد لوب پیشانی در بسیاری از سناریوهای تشخیصی مختلف ضروری هستند.
الکترودهای تمپورال (T)
سایتهای تمپورال در امتداد کنار سر قرار میگیرند و نواحی حیاتی برای پردازش زبان، حافظه و تنظیم هیجانی را پوشش میدهند. از آنجا که این نواحی در نزدیکی پایهی جمجمه قرار دارند، قرارگیری مناسب برای جلوگیری از آرتیفکتهای عضلانی ناشی از فک یا گردن ضروری است. این موقعیتیابی دقیق برای بررسی نشانههای الکتریکی لوب گیجگاهی حیاتی است.
الکترودهای پاریتال (P)
حسگرهای پاریتال در بالا و طرفین پوست سر، در پشت شیار مرکزی (central sulcus) قرار دارند و بر یکپارچگی حسی و آگاهی فضایی تمرکز دارند. این الکترودها اغلب با لیدهای اطراف خود تعامل دارند تا نمای وسیعتری از ارتباط بین نواحی عملکردی مختلف مغز ارائه دهند. اطمینان از قرارگیری اینها بر اساس فواصل درصدی، یکپارچگی فضایی را نسبت به لیدهای فرونتال و اکسیپیتال حفظ میکند.
الکترودهای اکسیپیتال (O)
لیدهای اکسیپیتال شامل الکترودهایی هستند که در دورترین قسمت پشت پوست سر روی مراکز پردازش بینایی قرار میگیرند. این گرهها به محرکهای بینایی و باز یا بسته شدن چشمها که ریتمهای آلفای مشخصی تولید میکنند، بسیار حساس هستند. اندازهگیری صحیح برای اطمینان از اینکه اینها ۱۰٪ بالاتر از اینیون قرار دارند، برای ارزیابی دقیق فعالیت قشر بینایی ضروری است.
چرا سیستم ۱۰-۲۰ زیربنای هر مونتاژ EEG و روش نقشهبرداری پیشرفته است
پس از علامتگذاری ۲۱ سایت استاندارد، تکنسینهای کلینیکی EEG زیرمجموعههایی از آنها را برای ساخت آنچه «مونتاژ» نامیده میشود انتخاب میکنند، که به سادگی نمای سازمانیافتهای از سیگنالهای الکتریکی است که از گروهی از الکترودهای انتخابشده میآیند.
EEG montages مختلف بسته به آنچه بالینگر در تلاش برای مشاهده آن است انتخاب میشوند، اما تکتک آنها از همان شبکه پایهای ۱۰-۲۰ بهره میبرند. آن پایه مشترک چیزی است که تضمین میکند یک تکنسین در یک بیمارستان و یک پژوهشگر در کشوری دیگر، بدون توجه به تفاوت در اندازه یا شکل سر بیماران خود، از همان نواحی آناتومیک کلی نمونهبرداری میکنند.
شبکه ۱۰-۲۰ همچنین به عنوان لایه پایه برای سیستمهای موقعیتیابی بسیار دقیقتر که در زمان نیاز به وضوح فضایی بالاتر استفاده میشوند (مانند محیطهای پژوهشی متمرکز بر تعیین دقیق منابع سیگنال) عمل میکند. سیستم ۱۰-۱۰ شبکه اصلی را بیشتر تقسیم میکند تا به جای ۲۱ موقعیت، ۸۱ موقعیت الکترود ایجاد کند و سیستم ۱۰-۵ این تقسیمبندی را حتی فراتر برده و بیش از ۳۰۰ سایت احتمالی ایجاد میکند.
با وجود تراکم اضافه شده، هر دوی این سیستمهای توسعهیافته به همان منطق درصدی اصلی متصل باقی میمانند، به این معنی که یک پژوهشگر امروزی همچنان میتواند یک الکترود سیستم ۱۰-۵ را به دههها ادبیات بالینی که کاملاً بر اساس آرایه قدیمیتر و سادهتر ۱۰-۲۰ ساخته شده است، مرتبط کند.
همین coordinate framework همچنین به روش هدفگیری پیشفرض در تکنیکهای غیرتهاجمی تحریک مغز، از جمله تحریک مغناطیسی ترانس کرانیال (TMS) و تحریک جریان مستقیم ترانس کرانیال (tDCS) تبدیل شده است. در این روشها، از نقاط شاخص ۱۰-۲۰ استفاده میشود تا تصمیم گرفته شود که کویل تحریک یا پد الکترود به طور فیزیکی در کجای قسمت بیرونی سر قرار گیرد، با این هدف که بر فعالیت در ناحیه خاصی از قشر مغز در زیر آن موقعیت پوست سر تأثیر بگذارد.
شواهد در مورد محدودیتهای هدفگیری مبتنی بر پوست سر چه میگویند
اغلب فرض میشود که سیستم ۱۰-۲۰ انطباق نزدیکی بین یک نقطه علامتگذاری شده روی پوست سر و یک چین خاص از قشر مغز در زیر آن فراهم میکند و این دقت پس از یک آموزش کوتاه به راحتی قابل دستیابی است. تحقیقات موجود تصویر سنجیدهتری را ارائه میدهند.
یک مطالعه در سال ۲۰۱۹ توسط ریک و همکاران بررسی کرد که ارزیابهای تازهکار با چه اطمینانی میتوانند C3 و C4 را پیدا کنند، که همان سایتهای استاندارد ۱۰-۲۰ هستند که برای تخمین قشر حرکتی اولیه برای tDCS استفاده میشوند. دو ارزیاب که به هر کدام دو ساعت آموزش توسط یک تکنسین ثبتشدهی عصبشناختی داده شده بود، این نقاط را روی ۲۵ شرکتکننده بزرگسال اندازهگیری کردند.
پایایی بینارزیاب و درونارزیاب حاصل، که با استفاده از ضریب درونکلاسی محاسبه شد، تنها به عنوان «ضعیف تا متوسط» ارزیابی شد. فاصله مطلق بین نقاط علامتگذاری شده، چه در مقایسه بین دو ارزیاب مختلف و چه همان ارزیاب در دو روز مختلف، زیر ۱.۰ سانتیمتر باقی ماند.
این ممکن است ناچیز به نظر برسد، اما نویسندگان مطالعه به طور خاص هشدار میدهند که حتی یک اختلاف زیر یک سانتیمتر میتواند بار بالینی را در جمعیتهایی که ساختار مغز آنها به دلیل ضایعه یا سایر تغییرات آناتومیک تغییر کرده است، به همراه داشته باشد. حاشیه خطایی که در یک داوطلب سالم بیضرر است، به طور خودکار در یک بیمار سکته مغزی که تحت درمان تحریک هدفمند قرار دارد، بیضرر نیست.
علاوه بر این، یک مطالعه مجزا توسط Kakisaka et al. نوع دیگری از محدودیت را مطرح میکند. پژوهشگران EEG پوست سر را که با استفاده از قرارگیری استاندارد ۱۰-۲۰ به همراه چند الکترود تمپورال اضافی ثبت شده بود، با مگنتوانسفالوگرافی (MEG) و ثبتهای درونجمجمهای که مستقیماً از داخل مغز گرفته شده بودند (که به عنوان استاندارد طلایی برای تشخیص فعالیت صرعی عمل میکردند) مقایسه کردند.
در یک بیمار مبتلا به صرع با منشأ قشر تمپورال جانبی، EEG پوست سر صفر درصد از اسپایکهایی را که ثبت درونجمجمهای وجود آنها را تأیید کرده بود، شناسایی کرد، در حالی که MEG حدود ۵۵ درصد را شناسایی کرد. این توضیح به جهتگیری خود منبع الکتریکی مربوط میشد: اسپایکها توسط منبعی تولید میشدند که تقریباً مماس یا به صورت جانبی نسبت به سطح پوست سر قرار داشت، هندسهای که الکترودهای پوست سر برای دریافت آن چندان مناسب نیستند.
در بیمار دوم، که صرع او از اینسولا (جزیره) منشأ میگرفت، یعنی ناحیهای که در بخش عمیقتری از مغز قرار دارد، حساسیت EEG پوست سر به ۴۴٪ رسید در حالی که MEG به ۸۳٪ رسید. این اعداد نشان میدهند که حتی یک مونتاژ ۱۰-۲۰ که به طور بینقصی اعمال شده است، باز هم ممکن است فعالیت الکتریکی واقعی را از دست بدهد، نه به دلیل خطای اندازهگیری، بلکه به دلیل جهت فیزیکی که سیگنال به طور اتفاقی نسبت به پوست سر طی میکند.
در مجموع، این یافتهها به یک نتیجهگیری هماهنگ اشاره دارند. سیستم ۱۰-۲۰ یک زبان مشترک بسیار مفید برای الکتروفیزیولوژی است، اما هرگز برای تضمین دقت کورتیکال در سطح میلیمتر یا حساسیت یکنواخت به هر منبع سیگنال احتمالی طراحی نشده است. نقطه قوت آن در تکرارپذیری و قابلیت مقایسه در بین آزمایشگاهها و مطالعات است، نه در عمل به عنوان جایگزینی برای brain imaging اختصاصی در زمانی که واقعاً به آن سطح از دقت نیاز است.
چرا سیستم ۱۰-۲۰ در EEG در عملکرد بالینی اهمیت دارد
سیستم ۱۰-۲۰ به عنوان زبان جهانی برای متخصصان مغز و اعصاب و پژوهشگران در سراسر جهان عمل میکند. از آنجا که این سیستم به تناسب آناتومیکی متکی است، بالینگران میتوانند به طور قابل اعتمادی یک مطالعه را روی همان بیمار چند هفته یا چند ماه بعد تکرار کنند تا تغییرات را نظارت کنند. این سازگاری زمانی برای ردیابی پیشرفت شرایط عصبی یا ارزیابی اثربخشی درمانهای طولانیمدت بدون تداخل اختلافات فضایی حیاتی است.
فراتر از بازتولید ساده، این معماری اجازه میدهد تا از مونتاژهای ریاضی پیشرفته استفاده شود که به مکانهای الکترود استاندارد متکی هستند. هنگامی که دادهها از طریق این سیستم دقیق جمعآوری میشوند، تحلیلگران میتوانند سیگنال را به نماهای مختلف تغییر دهند، مانند Laplacian Montage EEG، تا به جای پتانسیل جهانی بر چگالی جریان محلی تمرکز کنند. این تطبیقپذیری به یک ثبت استاندارد واحد اجازه میدهد تا بسته به سؤال پژوهشی خاص یا هدف تشخیصی، چندین بینش ارائه دهد.
علاوه بر این، این سیستم به گردآوری پایگاههای داده هنجاری کمک میکند که برای شناسایی الگوهای الکتریکی غیرطبیعی مغز ضروری هستند. با مقایسه یک مطالعه فردی با یک استاندارد جمعیتی انتخاب شده، تیمهای مراقبتهای بهداشتی میتوانند نشانههای اولیه عصبی را از نویز متمایز کنند.
نتیجهگیری
سیستم ۱۰-۲۰ همچنان یک چارچوب ضروری در چشمانداز تشخیصی است و ساختار مورد نیاز برای اندازهگیری دقیق و تکرارپذیر فعالیت مغز در neuroscience را فراهم میکند. با پایبندی به این فواصل استاندارد، پزشکان اطمینان حاصل میکنند که دادهها در میان جلسات و افراد مختلف قابل مقایسه هستند و شکاف بین biological signatures خام و بینشهای بالینی واضح را پر میکنند.
منابع
Rich, T. L., & Gillick, B. T. (2019). Electrode placement in transcranial direct current stimulation—how reliable is the determination of C3/C4?. Brain sciences, 9(3), 69. https://doi.org/10.3390/brainsci9030069
Rusjan, P. M., Barr, M. S., Farzan, F., Arenovich, T., Maller, J. J., Fitzgerald, P. B., & Daskalakis, Z. J. (2010). Optimal transcranial magnetic stimulation coil placement for targeting the dorsolateral prefrontal cortex using novel magnetic resonance image‐guided neuronavigation (Vol. 31, No. 11, pp. 1643-1652). Hoboken: Wiley Subscription Services, Inc., A Wiley Company. https://doi.org/10.1002/hbm.20964
Kakisaka, Y., Alkawadri, R., Wang, Z. I., Enatsu, R., Mosher, J. C., Dubarry, A. S., ... & Burgess, R. C. (2013). Sensitivity of scalp 10‐20 EEG and magnetoencephalography. Epileptic disorders, 15(1), 27-31. https://doi.org/10.1684/epd.2013.0554
پرسشهای متداول
سیستم بینالمللی ۱۰-۲۰ چیست؟
سیستم بینالمللی ۱۰-۲۰ یک روش استاندارد برای قرار دادن الکترودهای EEG روی پوست سر است به طوری که موقعیت آنها در بین افراد مختلف و جلسات ثبت مختلف سازگار باشد. این سیستم از اندازهگیریهای متناسب بین نقاط شاخص جمجمه ثابت برای ایجاد یک شبکه مقیاسپذیر استفاده میکند و تضمین میکند که بدون توجه به اندازه یا شکل سر، از همان نواحی مغزی زیرین نمونهبرداری میشود.
موقعیتهای الکترود چگونه با سیستم ۱۰-۲۰ تعیین میشوند؟
یک تکنسین ابتدا چهار نقطه شاخص قابل لمس را پیدا میکند: نازیون، اینیون و دو نقطه پیشگوشی. فاصله بین این نقاط شاخص در امتداد خط میانی و بین گوشها با یک نوار انعطافپذیر اندازهگیری میشود و سپس ردیفهای الکترود در فواصل ۱۰٪ یا ۲۰٪ از این مسافتهای کل علامتگذاری میشوند.
حروف و اعداد در برچسبهای الکترود به چه معنا هستند؟
حرف موجود در برچسب نشاندهنده ناحیه وسیع مغز در زیر آن موقعیت پوست سر است (به عنوان مثال، F برای فرونتال، C برای سنترال، O برای اکسیپیتال). عدد نشان میدهد که الکترود چقدر در سمت چپ یا راست خط میانی قرار دارد، اعداد فرد در سمت چپ، اعداد زوج در سمت راست و 'z' (صفر) خط میانی را مشخص میکند.
چرا سیستم ۱۰-۲۰ برای مقایسههای EEG ضروری است؟
زیرا هر آزمایشگاه از قوانین اندازهگیری یکسانی پیروی میکند، ثبتهای انجامشده از افراد مختلف یا از یک فرد در روزهای مختلف، از همان نواحی کلی قشر مغز نمونهبرداری میکنند. این تکرارپذیری چیزی است که به بالینگران و پژوهشگران اجازه میدهد یافتهها را به طور قابل اعتمادی مقایسه کنند.
سیستم ۱۰-۲۰ چگونه از تحریک غیرتهاجمی مغز پشتیبانی میکند؟
تکنیکهایی مانند تحریک مغناطیسی ترانس کرانیال (TMS) و تحریک جریان مستقیم ترانس کرانیال (tDCS) از نقاط شاخص ۱۰-۲۰ برای قرار دادن کویلها یا الکترودها روی اهداف تقریبی مغز استفاده میکنند. به عنوان مثال، سایتهای C3 یا C4 به طور معمول برای تحریک قشر حرکتی استفاده میشوند، در حالی که F3 یا F5 ممکن است قشر پرهفرونتال پشتی-جانبی را هدف قرار دهند.
برخی از محدودیتهای شناخته شده سیستم ۱۰-۲۰ چیست؟
دقت اندازهگیری به آموزش ارزیاب بستگی دارد و حتی خطاهای کوچک در قرارگیری الکترود نیز زمانی که آناتومی مغز به دلیل آسیب یا بیماری تغییر کرده باشد، میتواند اهمیت داشته باشد. علاوه بر این، الکترودهای پوست سر ممکن است سیگنالهای الکتریکی را که به طور جانبی حرکت میکنند یا از اعماق مغز منشأ میگیرند، صرفاً به دلیل جهتی که سیگنال منتشر میشود، از دست بدهند.
سیستمهای ۱۰-۱۰ و ۱۰-۵ چیستند؟
اینها نسخههای متراکمتری از شبکه اصلی ۱۰-۲۰ برای شرایطی هستند که نیاز به وضوح فضایی بالاتری دارند. سیستم ۱۰-۱۰ سایتهای اصلی را تقسیم میکند تا ۸۱ موقعیت الکترود ایجاد کند، در حالی که سیستم ۱۰-۵ این مورد را بیشتر به بیش از ۳۰۰ موقعیت اصلاح میکند که هر دو بر اساس همان منطق درصی پایهگذاری شدهاند.
آیا سیستم ۱۰-۲۰ برای تمامی نیازهای هدفگیری مغز به اندازه کافی دقیق است؟
این سیستم قرارگیری ثابت بین آزمودنیها را تضمین میکند اما انطباق در سطح میلیمتر با چینهای قشر مغز را فراهم نمیکند. هنگامی که هدفگیری دقیق حیاتی است، ناوبری عصبی هدایتشده با MRI دقت بیشتری را ارائه میدهد، هرچند که در صورت عدم دسترسی به چنین ابزارهایی، چارچوب ۱۰-۲۰ همچنان استاندارد باقی میماند.
Emotiv یک شرکت پیشرو در فناوری عصبی است که با ابزارهای در دسترس EEG و دادههای مغزی به پیشبرد پژوهشهای علوم اعصاب کمک میکند.
کریستین بورگوس
