מערכת ה-10-10 היא הרחבה של שיטת מיקום האלקטרודות הבינלאומית 10-20, שנועדה להעניק לחוקרים רשת צפופה ואחידה יותר של אלקטרודות קרקפת עבור רישום אלקטרואנצפלוגרם (EEG). היא ממלאת פערים מרחביים שהותיר מערך ה-10-20 הישן יותר, ומרחיבה את הכיסוי מ-19 מיקומים סטנדרטיים ל-74 אתרי רישום או יותר.
צפיפות נוספת זו תומכת במיפוי טופוגרפי מדויק יותר, התהליך של בניית תמונה מפורטת של המקומות שבהם מתרכזת הפעילות החשמלית על פני השטח של הקרקפת בכל רגע נתון.
מהי מערכת 10-10 ל-EEG?
מערכת ה-10-10 תועדה לראשונה כ-"Ten Percent Electrode System" (מערכת אלקטרודות של עשרה אחוזים), שיטה שנבנתה במיוחד עבור מחקרים טופוגרפיים של פעילות EEG ספונטנית (אות הרקע המתמשך של המוח) ופעילות מעוררת (אותות המופעלים על ידי גירוי ספציפי).
התיאור המקורי מתווה מערך של 81 אלקטרודות השומר על כל חיבור סטנדרטי של מערכת ה-10-20 הבינלאומית ללא שינוי, תוך הוספת אלקטרודות משלימות במרווחים שביניהן. חלק מהאלקטרודות החדשות הללו ממוקמות בדיוק באמצע הדרך בין שני חיבורי 10-20 קיימים. אחרות ממוקמות בין אותן אלקטרודות אמצע חדשות, מה שיוצר שכבת כיסוי עדינה עוד יותר.
היגיון השיוך השמי מאחורי אתרים משלימים אלה עוגן במכוון במבנים קיימים ולא הומצא מאפס. סימוני אלקטרודות עזר מתייחסים הן לאזור המוח שמתחת לאתר נתון והן לחיבורי ה-10-20 הסמוכים המקיפים אותו, כך שחוקר המכיר את מערכת ה-10-20 יכול להתמצא ברשת החדשה מבלי ללמוד אוצר מילים נפרד לחלוטין.
המטרה המוצהרת של פרסום מערך מורחב זה הייתה לקדם סטנדרטיזציה בין מעבדות המבצעות עבודת EEG ברזולוציה גבוהה. לפני שהיה קיים מוסכמת שמות משותפת, כל מעבדה שהוסיפה אלקטרודות בין נקודות 10-20 סטנדרטיות הסתכנה בשימוש בתוויות לא עקביות, דבר שהקשה על השוואת ממצאים טופוגרפיים בין קבוצות מחקר. מערכת ה-10% טיפלה בבעיה זו ישירות על ידי מתן שם קבוע וצפוי לכל אתר שנוסף.
נקודות ציון אנטומיות ומוסכמות שיוך שמי של אלקטרודות
מערכת ה-10-10 נשענת על ארבע נקודות ציון חיצוניות הנמדדות ישירות על ראשו של הנבדק: הנאזיון (השקע בחלק העליון של האף, בין העיניים), האיניון (הבליטה הגרמית בבסיס הגולגולת), ונקודות הקדם-אוזן השמאלית והימנית (שקעים קטנים ממש לפני כל אוזן). נקודת התייחסות חמישית, קודקוד הראש או Cz, ממוקמת בדיוק במרכז הגולגולת, ומחושבת כנקודת האמצע בין הנאזיון לאיניון ונקודת האמצע בין שתי נקודות הקדם-אוזן.
מערכת ה-10-10 במקום זאת מחלקת קשתות במרווחים של 10%, מה שמעשית מכפיל את מספר התחנות לאורך כל קו ויוצר שכבה חדשה לחלוטין של מיקומי ביניים.
תוויות האלקטרודות עוקבות אחר דפוס אותיות ומספרים עקבי המשותף לשתי המערכות. כל תווית מתחילה באות אחת או שתיים המציינות את אזור המוח שמתחת לאותו אתר:
Fp עבור הקוטב הפרונטלי (frontal pole)
F עבור פרונטלי (frontal)
C עבור מרכזי (central)
P עבור פריאטלי (parietal)
O עבור אוקסיפיטלי (occipital)
T עבור טמפורלי (temporal)
יתרה מכך, מערכת ה-10-10 מציגה תוויות משולבות עבור אזורי הביניים השוכנים בין אזורים ראשוניים אלה, כולל FC, CP, FT, TP, AF ו-PO.
לאחר האות או האותיות מופיע מספר, ולמספר זה יש משמעות ספציפית. מספרים זוגיים מסמנים מיקומים בהמיספרה הימנית, מספרים אי-זוגיים מסמנים מיקומים בהמיספרה השמאלית, והאות "z" (עבור zero, אפס) מסמנת כל אתר היושב ישירות על קו האמצע העובר מלפנים לאחור מעל קודקוד הראש.
מיפוי רשת 74 האלקטרודות המורחבת
גרסת רשת מערכת ה-10-10 הנפוצה ביותר כיום במסגרות קליניות ומחקריות מכילה 74 אלקטרודות קרקפת פעילות, בתוספת אלקטרודות ייחוס והארקה נפרדות הנדרשות להשלמת מערך הקלטה פעיל.
זהו מספר נמוך יותר מאשר התיאור המקורי של 81 אלקטרודות, שכלל אתרי תנוך אוזן נוספים שלא תמיד נעשה בהם שימוש בתצורות מודרניות. שני המספרים מייצגים את אותו עיקרון עיצובי בסיסי, והם נבדלים בעיקר בשאלה האם אלקטרודות האוזן נכללות בסך הכל.
שרשרת קו האמצע המלאה העוברת מלפנים לאחור כוללת בדרך כלל את Fpz, AFz, Fz, FCz, Cz, CPz, Pz, POz ו-Oz. בתנועה הצידה מקו האמצע, זוגות סימטריים מכסים כל המיספרה במקביל: 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, ו-O1/O2, בין היתר הממלאים את חריצי הביניים הנותרים.
בהשוואה זה לצד זה, סידור זה מכפיל בערך את צפיפות הדגימה המרחבית של מערכת ה-10-20, מכיוון שהוא מציב אתר הקלטה חדש בין כמעט כל זוג מיקומים שעמדו בעבר לבדם.
כיצד שונה מערכת ה-10-10 ממונטאז'ים של 10-20 ו-10-5
על פני ספקטרום של צפיפות אלקטרודות, שלוש מערכות קשורות מכסות נקודות שונות לאורך אותו סולם.
מערכת ה-10-20 נמצאת בקצה הדליל, תוך שימוש ב-19 אלקטרודות הקלטה בלבד על הקרקפת בתוספת ייחוסי אוזניים, במרווחים של 20% על פני הראש. מרווח רחב זה הוא יעיל ומהיר להגדרה, אך הוא גם אומר שפעילות המגיעה לשיאה במרווח הצר שבין שני אתרי 10-20 סטנדרטיים עלולה לקבל ייצוג חסר או להתפספס לחלוטין באות המוקלט.
מערכת ה-10-10 נמצאת במרכז אותו ספקטרום, תוך שימוש בערך ב-74 עד 81 אלקטרודות קרקפת במרווחים של 10%. כוונת העיצוב היא לסגור את פערי הכיסוי המובנים במרווחי 10-20 מבלי לעבור לצפיפות הקיצונית ביותר הזמינה.
הקיצון הזה נמצא במערכת ה-10-5, המפצלת את הקרקפת עוד יותר למרווחים של 5% ומייצרת למעלה מ-300 מיקומי אלקטרודות אפשריים.
מערכת | מרווחים | אלקטרודות קרקפת | תכונה מרכזית |
|---|---|---|---|
10-20 | מרווחים של 20% | 19 אלקטרודות | מערך דליל ומהיר להקמה |
10-10 | מרווחים של 10% | 74-81 אלקטרודות | ממלא פערי כיסוי מרחביים |
10-5 | מרווחים של 5% | 300+ מיקומים | צפיפות קיצונית למחקר |
יישומים ויתרונות במחקר EEG
מערכת ה-10-10 זכתה לשימוש מעשי במחקר EEG מודרני בצפיפות גבוהה. דוגמה אחת מגיעה ממחקר של .Murugappan et al על סיווג מצבים רגשיים אנושיים מאותות EEG.
חוקרים עיצבו פרוטוקול אור-קולי להשראת חמישה מצבים רגשיים מובחנים, גועל, שמחה, הפתעה, פחד ובסיס ניטרלי, והקליטו פעילות מוחית באמצעות 64 אלקטרודות הממוקמות לפי מערכת ה-10-10 הבינלאומית על פני הקרקפת של 20 נבדקים. האותות הגולמיים נוקו באמצעות שיטת סינון Surface Laplacian, טכניקת עיבוד אותות הקשורה לגישת מונטאז' לפלסיאן, לפני שפורקו לטווחי תדרים אלפא, בטא וגמא באמצעות התמרת wavelet דיסקרטית.
באמצעות מאפיינים מבוססי אנרגיה שהופקו מטווחי תדרים אלה, המחקר בחן שתי שיטות סיווג דפוסים, K השכנים הקרובים (KNN) וניתוח אבחנה ליניארי (LDA), כדי לראות באיזו מידת דיוק כל אחת מהן יכולה למיין את אותות המוח לקטגוריה הרגשית הנכונה. ערכת מאפיינים מוצעת אחת הניבה שיעור סיווג מקסימלי ממוצע של 83.26% באמצעות KNN ו-75.21% באמצעות LDA, תוך ביצועים טובים יותר מגישות הפקת מאפיינים קונבנציונליות יותר שנבחנו באותו מחקר.
תוצאה זו מדגימה שמערך של 64 ערוצים הבנוי על פריסת 10-10 יכול לתמוך בעבודת סיווג אותות משמעותית.
מעבר ליישום יחיד זה, מספר יתרונות מיוחסים בדרך כלל למערכת ה-10-10 על סמך שיקולים גיאומטריים ולא השוואה ניסיונית ישירה. בדרך כלל מניחים שרשת אלקטרודות צפופה יותר מייצרת מפות טופוגרפיות מדויקות יותר ולוקליזציית מקור טובה יותר, שכן יותר נקודות דגימה על פני הקרקפת אמורות, באופן עקרוני, ללכוד פרטים מרחביים שמרווח רחב יותר יחליק או יחמיץ.
כמו כן, מניחים שכיסוי צפוף יותר לוכד טוב יותר פעילות מוקדית או בתדר גבוה המרוכזת באזור קטן של הקרקפת, פעילות שעלולה ליפול בין שתי אלקטרודות 10-20 מרווחות רחוקות ולא להתגלות. צפיפות המערכת הופכת אותה גם לתואמת עם טכניקות סינון מרחבי כגון עיבוד Surface Laplacian, אותה שיטה שיושמה במחקר סיווג הרגשות המתואר לעיל.
מגבלות וכיוונים עתידיים עבור מערכת ה-10-10 EEG
למרות יתרונותיו הברורים, היישום של מערכים בצפיפות גבוהה דורש זמן משמעותי להקמה ומומחיות לטווח ארוך לניהול איכות האות ביעילות. הכנת עשרות אתרים על הקרקפת יכולה להיות עתירת עבודה, ולעתים קרובות להגדיל את משך ומורכבות שלב ההכנה עבור חוקרים ומטופלים כאחד. שמירה על ביצועים עקביים על פני מספר כה גדול של חיישנים דורשת גם כיול תכוף, מה שיכול להוות אתגר במהלך ניסויים ארוכים וחוזרים על עצמם.
יתרה מכך, מערכת ה-10-10, למרות היותה נרחבת, אינה חסינה לחלוטין מבעיות של הולכת נפח או מהמגבלה המובנית של רגישות ברמת הקרקפת. פעילות מוחית עמוקה מסוימת נותרה קשה לבידוד באמצעות חיישנים חיצוניים בלבד, ללא קשר למידת הדיוק שבה ממוקמת הרשת. התקדמויות עתידיות שואפות לשלב מערכות אלו עם מסננים חישוביים מתוחכמים כדי למזער עוד יותר את טשטוש האות ולשפר את יחס האות לרעש הכולל בתנאי מעבדה מאתגרים.
במבט אל העתיד, שילוב של טכנולוגיות מיקום אוטומטיות טומן בחובו פוטנציאל להקל על מכשולי ההקמה הנוכחיים. חומרה חדשנית עשויה לאפשר בסופו של דבר יישום מהיר ללא מגע יד אדם של מערכים בצפיפות מלאה, מה שינגיש את הגישה לניטור ברזולוציה גבוהה. ככל שמערכות אלו יתפתחו, הן כנראה יהפכו לניידות ומסתגלות יותר, ויאפשרו בסופו של דבר מדידת EEG ארוכת טווח בצפיפות גבוהה בסביבות נוחות וטבעיות יותר.
מה המשמעות של זה עבור הקלטת EEG בצפיפות גבוהה
מערכת מיקום אלקטרודות ה-EEG 10-10 היא הרחבה סטנדרטית של פריסת ה-10-20, שנבנתה כדי לסגור פערים מרחביים עם רשת של 74 אלקטרודות או יותר הנשלטת על ידי סכימת שמות אנטומית עקבית. כל מיקום חוזר לאותן נקודות ציון של נאזיון, איניון, קדם-אוזן וקודקוד הראש שבהן השתמשו בשיטת ה-10-20 המקורית, המחולקות בצורה עדינה יותר כדי לאפשר כיסוי צפוף יותר ומחקר טופוגרפי מפורט יותר של פעילות חשמלית מוחית, עניין מרכזי במחקר מדעי המוח באופן רחב.
המערכת מצאה שימוש אמיתי במסגרות מחקר ובמונטאז'ים של EEG, כולל מחקרים המיישמים שיטות סיווג מבוססות wavelet על אותות EEG המוקלטים על פני עשרות אתרי קרקפת.
ככל שמעבדות מאמצות פריסה זו, חששות מעשיים כמו זמן הכנה, נוחות מתמשכת והסיכון של גשר ג'ל בין חיישנים ארוזים בצפיפות הופכים לחשובים באותה מידה כמו הפוטנציאל למפות מוח חדות יותר. כוחה האמיתי של המערכת כיום טמון ביצירת שפה משותפת המאפשרת לקבוצות מחקר שונות להשוות את הממצאים שלהן ברזולוציה גבוהה באופן עקבי.
מקורות
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
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
שאלות נפוצות
מהי מערכת מיקום אלקטרודות ה-EEG 10-10?
מערכת ה-10-10 היא הרחבה של שיטת ה-10-20 הבינלאומית המוסיפה אלקטרודות במרווחים של 10% בין נקודות ציון אנטומיות. היא יוצרת רשת צפופה יותר של לרוב 74 אלקטרודות קרקפת כדי ללכוד מידע מרחבי מפורט יותר על פעילות חשמלית מוחית.
כיצד שונה מערכת ה-10-10 ממערכת ה-10-20?
מערכת ה-10-20 מרווחת אלקטרודות במרווחים של 20% לאורך הראש, בעוד שמערכת ה-10-10 חוצה את המרווח הזה ל-10%. זה ממלא את הפערים בין מיקומי 10-20 קיימים, ומכפיל בערך את מספר אתרי ההקלטה מבלי להסיר אלקטרודות מקוריות כלשהן.
מדוע פותחה מערכת ה-10-10?
היא נוצרה כדי לתת לחוקרים פריסה סטנדרטית ברזולוציה גבוהה עבור מחקרים טופוגרפיים של EEG. לפני הצגתה, מעבדות שהוסיפו אלקטרודות נוספות השתמשו לעתים קרובות בתוויות לא עקביות, מה שהקשה על השוואת ממצאים בין קבוצות מחקר.
אילו נקודות ציון אנטומיות מכוונות את מיקום האלקטרודות?
המערכת נשענת על הנאזיון (גשר האף), האיניון (הבליטה בחלק האחורי של הגולגולת), ונקודות הקדם-אוזן השמאלית והימנית (ממש לפני כל אוזן). קודקוד הראש (Cz) מחושב אז כנקודת האמצע המרכזית בין ארבע נקודות ציון אלו.
כיצד נקראות האלקטרודות במערכת ה-10-10?
התוויות מתחילות באות אחת או שתיים המציינות את אזור המוח שמתחת (למשל, F עבור פרונטלי, FC עבור פרונטו-סנטרלי). מספר מופיע לאחר מכן: אי-זוגי עבור המיספרה שמאלית, זוגי עבור ימנית, ו-'z' עבור קו האמצע, מה ששומר על השיוך השמי קשור לנקודות העוגן המוכרות של ה-10-20.
בכמה אלקטרודות משתמשת מערכת ה-10-10 בדרך כלל?
התצורה הנפוצה ביותר כוללת 74 אלקטרודות קרקפת פעילות, יחד עם אלקטרודות ייחוס והארקה נפרדות. זה מעט פחות מתיאור 81 האתרים המקורי, שספר גם מיקומי תנוך אוזן אשר לרוב מושמטים כיום.
אילו יתרונות צפויים משימוש במערכת ה-10-10?
כיסוי אלקטרודות צפוף יותר נחשב כמשפר את המיפוי הטופוגרפי ומזהה טוב יותר פעילות מוחית מוקדית או בתדר גבוה שעלולה ליפול בין חיישנים מרווחים מאוד.
Emotiv היא מובילה בתחום הנוירוטכנולוגיה המסייעת לקדם מחקר במדעי המוח באמצעות כלי EEG נגישים וכלי נתוני מוח.
כריסטיאן בורגוס
