System 10-10 jest rozszerzeniem międzynarodowej metody rozmieszczania elektrod 10-20, stworzonym w celu zapewnienia badaczom gęstszej i bardziej jednolitej siatki elektrod na skórze głowy do rejestracji elektroencefalografii (EEG). Wypełnia on luki przestrzenne pozostawione przez starszy układ 10-20, rozszerzając obszar pokrycia z 19 standardowych pozycji do 74 lub więcej miejsc rejestracji.
Ta dodatkowa gęstość wspiera bardziej szczegółowe mapowanie topograficzne, czyli proces tworzenia dokładnego obrazu tego, gdzie w danym momencie koncentruje się aktywność elektryczna na powierzchni skóry głowy.
Czym jest system EEG 10-10?
System 10-10 został po raz pierwszy udokumentowany jako „System elektrod dziesięcioprocentowych” (Ten Percent Electrode System) – metoda opracowana specjalnie na potrzeby badań topograficznych zarówno spontanicznej aktywności EEG (bieżącego, podstawowego sygnału mózgu), jak i aktywności wywołanej (sygnałów wyzwalanych przez określony bodziec).
Oryginalny opis przedstawia układ 81 elektrod, który zachowuje nienaruszone wszystkie standardowe odprowadzenia z Międzynarodowego Systemu 10-20, dodając jednocześnie uzupełniające elektrody w odstępach między nimi. Niektóre z tych nowych elektrod znajdują się dokładnie w połowie drogi między dwoma istniejącymi odprowadzeniami 10-20. Inne są umieszczone pomiędzy tymi nowo dodanymi elektrodami środkowymi, tworząc jeszcze gęstszą warstwę pokrycia.
Logika nazewnictwa tych dodatkowych punktów została celowo powiązana z istniejącymi strukturami, zamiast być tworzona od zera. Oznaczenia elektrod pomocniczych odnoszą się zarówno do obszaru mózgu znajdującego się pod danym punktem, jak i do sąsiadujących z nim odprowadzeń systemu 10-20, dzięki czemu badacz zaznajomiony z systemem 10-20 może zorientować się w nowej siatce bez konieczności uczenia się zupełnie innego słownictwa.
Deklarowanym celem opublikowania tego rozszerzonego układu było promowanie standaryzacji w laboratoriach prowadzących badania nad EEG o wysokiej rozdzielczości. Zanim pojawiła się wspólna konwencja nazewnictwa, każde laboratorium dodające elektrody pomiędzy standardowymi punktami 10-20 ryzykowało stosowanie niespójnych oznaczeń, co utrudniało porównywanie wyników topograficznych między grupami badawczymi. System 10% bezpośrednio rozwiązał ten problem, nadając każdemu dodanemu punktowi stałą, przewidywalną nazwę.
Punkty orientacyjne i konwencje nazewnictwa elektrod
System 10-10 opiera się na czterech zewnętrznych punktach orientacyjnych mierzonych bezpośrednio na głowie badanego: nasion (zagłębienie u nasady nosa, między oczami), inion (guzowatość potyliczna zewnętrzna u podstawy czaszki) oraz lewy i prawy punkt przeduszny (niewielkie zagłębienia tuż przed każdym uchem). Piąty punkt odniesienia, wierzchołek lub Cz, znajduje się w dokładnym centrum czaszki, obliczonym jako punkt środkowy między nasion i inion oraz punkt środkowy między dwoma punktami przedusznymi.
System 10-10 dzieli łuki w odstępach 10-procentowych, co skutecznie podwaja liczbę punktów kontrolnych wzdłuż każdej linii i tworzy zupełnie nową warstwę pozycji pośrednich.
Oznaczenia elektrod są zgodne ze spójnym wzorem literowo-cyfrowym stosowanym w obu systemach. Każde oznaczenie zaczyna się od jednej lub dwóch liter wskazujących obszar mózgu pod danym punktem:
Fp dla bieguna czołowego (frontal pole)
F dla czołowego (frontal)
C dla centralnego (central)
P dla ciemieniowego (parietal)
O dla potylicznego (occipital)
T dla skroniowego (temporal)
Ponadto system 10-10 wprowadza połączone oznaczenia dla stref pośrednich, które znajdują się między tymi głównymi obszarami, w tym FC, CP, FT, TP, AF i PO.
Po literze lub literach następuje liczba, która niesie ze sobą określone znaczenie. Liczby parzyste oznaczają pozycje w prawej półkuli, liczby nieparzyste w lewej półkuli, a litera „z” (od zero) oznacza dowolny punkt znajdujący się bezpośrednio na linii środkowej przebiegającej od przodu do tyłu nad wierzchołkiem.
Mapowanie rozszerzonej siatki 74-elektrodowej
Wersja siatki systemu 10-10 najczęściej stosowana w obecnych badaniach klinicznych i naukowych zawiera 74 aktywne elektrody skalpowe, a także oddzielne elektrody referencyjne i uziemiające niezbędne do skompletowania działającego zestawu rejestrującego.
Jest to mniejsza liczba niż w oryginalnym opisie z 81 elektrodami, który zawierał dodatkowe punkty na płatku ucha, nie zawsze stosowane we współczesnych konfiguracjach. Obie liczby reprezentują tę samą podstawową zasadę projektową, różnią się głównie tym, czy elektrody uszne są wliczane do sumy.
Pełny łańcuch linii środkowej biegnący od przodu do tyłu zazwyczaj obejmuje Fpz, AFz, Fz, FCz, Cz, CPz, Pz, POz i Oz. Poruszając się bocznie od linii środkowej, symetryczne pary pokrywają każdą półkulę równolegle: m.in. 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 oraz O1/O2, które wypełniają pozostałe pozycje pośrednie.
Porównując te układy obok siebie, takie rozmieszczenie w przybliżeniu dwukrotnie zwiększa gęstość próbkowania przestrzennego w stosunku do systemu 10-20, ponieważ wprowadza nowy punkt rejestracji między niemal każdą parą pozycji, które wcześniej występowały samodzielnie.
Czym system 10-10 różni się od montaży 10-20 i 10-5
Biorąc pod uwagę spektrum gęstości elektrod, trzy powiązane systemy zajmują różne miejsca na tej skali.
System 10-20 znajduje się na rzadkim końcu skali, wykorzystując tylko 19 elektrod rejestrujących na skalpie oraz odniesienia uszne, rozmieszczonych w odstępach 20-procentowych na głowie. Tak szeroki rozstaw jest wydajny i szybki w przygotowaniu, ale oznacza również, że aktywność, której szczyt przypada na wąską przestrzeń między dwoma standardowymi punktami 10-20, może być niedoreprezentowana lub całkowicie pominięta w rejestrowanym sygnale.
System 10-10 znajduje się w środku tego spektrum, wykorzystując od około 74 do 81 elektrod skalpowych rozmieszczonych w 10-procentowych odstępach. Celem projektu jest zamknięcie luk w pokryciu właściwych dla rozstawu 10-20, bez przechodzenia do najbardziej ekstremalnej dostępnej gęstości.
To ekstremum reprezentuje system 10-5, który dzieli skalp na 5-procentowe odstępy i pozwala na uzyskanie ponad 300 potencjalnych pozycji elektrod.
System | Rozstaw | Elektrody na skalpie | Kluczowa cecha |
|---|---|---|---|
10-20 | Odstępy 20% | 19 elektrod | Rzadka i szybka konfiguracja |
10-10 | Odstępy 10% | 74-81 elektrod | Wypełnia luki w pokryciu przestrzennym |
10-5 | Odstępy 5% | Ponad 300 pozycji | Ekstremalna gęstość do celów badawczych |
Zastosowania i korzyści w badaniach EEG
System 10-10 znalazł praktyczne zastosowanie we współczesnych badaniach EEG o wysokiej gęstości. Jednym z przykładów jest badanie przeprowadzone przez Murugappana i wsp. dotyczące klasyfikacji stanów emocjonalnych człowieka na podstawie sygnałów EEG.
Badacze zaprojektowali protokół audiowizualny w celu wywołania pięciu różnych stanów emocjonalnych: wstrętu, szczęścia, zaskoczenia, strachu oraz neutralnego stanu bazowego, i rejestrowali aktywność mózgu za pomocą 64 elektrod umieszczonych na skalpie 20 osób badanych zgodnie z Międzynarodowym Systemem 10-10. Surowe sygnały zostały oczyszczone przy użyciu metody filtrowania Laplacianem Powierzchniowym (Surface Laplacian) – techniki przetwarzania sygnałów powiązanej z podejściem montażu Laplacian – zanim zostały rozłożone na pasma częstotliwości alfa, beta i gamma przy użyciu dyskretnej transformaty falkowej.
Wykorzystując cechy oparte na energii wyekstrahowane z tych pasm częstotliwości, w badaniu przetestowano dwie metody klasyfikacji wzorców: K-Najbliższych Sąsiadów (KNN) oraz Liniową Analizę Dyskryminacyjną (LDA), aby sprawdzić, jak dokładnie każda z nich potrafi przyporządkować sygnały mózgowe do właściwej kategorii emocjonalnej. Jeden z proponowanych zestawów cech pozwolił uzyskać średni maksymalny współczynnik klasyfikacji na poziomie 83.26% przy z użyciem KNN oraz 75.21% przy użyciu LDA, przewyższając bardziej konwencjonalne metody ekstrakcji cech testowane w tym samym badaniu.
Wynik ten pokazuje, że 64-kanałowy układ oparty na schemacie 10-10 może wspierać efektywną klasyfikację sygnałów.
Poza tym pojedynczym zastosowaniem, systemowi 10-10 powszechnie przypisuje się kilka korzyści wynikających z przesłanek geometrycznych, a nie z bezpośrednich porównań eksperymentalnych. Ogólnie przyjmuje się, że gęstsza siatka elektrod pozwala uzyskać dokładniejsze mapy topograficzne i lepszą lokalizację źródła, ponieważ więcej punktów próbkowania na skalpie powinno teoretycznie wychwycić szczegóły przestrzenne, które przy większym rozstawie zostałyby wygładzone lub pominięte.
Zakłada się również, że gęstsze pokrycie lepiej rejestruje aktywność ogniskową lub o wysokiej częstotliwości skupioną na małym obszarze skalpu – aktywność, która mogłaby umknąć uwadze, gdyby miała miejsce pomiędzy dwoma szeroko rozstawionymi elektrodami w systemie 10-20. Gęstość systemu sprawia również, że jest on kompatybilny z technikami filtrowania przestrzennego, takimi jak przetwarzanie metodą Laplaciana Powierzchniowego – tą samą metodą, którą zastosowano we wspomnianym wyżej badaniu klasyfikacji emocji.
Ograniczenia i przyszłe kierunki rozwoju systemu EEG 10-10
Pomimo wyraźnych zalet, stosowanie matryc o wysokiej gęstości wymaga znacznego czasu na przygotowanie i długofalowego doświadczenia w skutecznym zarządzaniu jakością sygnału. Przygotowanie kilkudziesięciu miejsc na skalpie bywa pracochłonne, często wydłużając czas i zwiększając złożoność fazy przygotowawczej zarówno dla badaczy, jak i pacjentów. Utrzymanie spójnego działania tak dużej liczby czujników wymaga również częstej kalibracji, co może stanowić wyzwanie podczas długich, powtarzalnych prób eksperymentalnych.
Ponadto system 10-10, choć rozbudowany, nie jest całkowicie odporny na problemy z przewodnictwem objętościowym ani na nieodłączne ograniczenie czułości na poziomie skalpu. Określoną głębszą aktywność mózgową nadal trudno jest wyizolować wyłącznie za pomocą czujników zewnętrznych, bez względu na to, jak idealnie rozmieszczona jest siatka. Przyszłe ulepszenia mają na celu połączenie tych systemów z zaawansowanymi filtrami obliczeniowymi, aby jeszcze bardziej zminimalizować rozmycie sygnału i poprawić ogólny stosunek sygnału do szumu w trudnych warunkach laboratoryjnych.
Patrząc w przyszłość, integracja technologii automatycznego pozycjonowania niesie ze sobą potencjał do złagodzenia obecnych przeszkód w przygotowaniu badania. Innowacyjny sprzęt może ostatecznie pozwolić na szybkie, bezobsługowe nakładanie matryc o pełnej gęstości, co upowszechniłoby dostęp do monitorowania o wysokiej rozdzielczości. W miarę ewolucji systemy te staną się prawdopodobnie bardziej przenośne i elastyczne, umożliwiając ostatecznie długoterminowe pomiary EEG o wysokiej gęstości w bardziej komfortowych i naturalnych środowiskach.
Co to oznacza dla rejestracji EEG o wysokiej gęstości
System rozmieszczania elektrod EEG 10-10 to ustandaryzowane rozszerzenie układu 10-20, stworzone w celu zamknięcia luk przestrzennych za pomocą siatki składającej się z 74 lub więcej elektrod podlegających spójnemu anatomicznemu schematowi nazewnictwa. Każda pozycja nawiązuje do tych samych punktów orientacyjnych: nasion, inion, przedusznych i vertex, stosowanych w oryginalnej metodzie 10-20, podzielonych drobniej, aby umożliwić gęstsze pokrycie i bardziej szczegółowe badania topograficzne aktywności elektrycznej mózgu, będącej w centrum zainteresowania szeroko pojętych neuronauk.
System znalazł realne zastosowanie w warunkach badawczych oraz montażach EEG, w tym w badaniach wykorzystujących falkowe metody klasyfikacji sygnałów EEG rejestrowanych w kilkudziesięciu miejscach na skalpie.
W miarę jak laboratoria wdrażają ten układ, kwestie praktyczne, takie jak czas przygotowania, długotrwały komfort oraz ryzyko powstawania mostków żelowych między gęsto rozmieszczonymi czujnikami, stają się równie ważne jak perspektywa uzyskania ostrzejszych map mózgu. Rzeczywista siła tego systemu polega dziś na stworzeniu wspólnego języka, który pozwala różnym grupom badawczym na spójne porównywanie wyników o wysokiej rozdzielczości.
Piśmiennictwo
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
Często zadawane pytania
Co to jest system rozmieszczania elektrod EEG 10-10?
System 10-10 to rozszerzenie międzynarodowej metody 10-20, które dodaje elektrody w odstępach 10-procentowych pomiędzy anatomicznymi punktami orientacyjnymi. Tworzy on gęstszą siatkę, składającą się zazwyczaj z 74 elektrod na skalpie, w celu rejestrowania bardziej szczegółowych informacji przestrzennych o aktywności elektrycznej mózgu.
Czym różni się system 10-10 od systemu 10-20?
System 10-20 rozmieszcza elektrody w odstępach 20-procentowych wzdłuż głowy, podczas gdy system 10-10 zmniejsza ten rozstaw o połowę – do 10%. Wypełnia to luki między istniejącymi pozycjami 10-20, w przybliżeniu podwajając liczbę miejsc rejestracji bez usuwania jakichkolwiek oryginalnych elektrod.
Dlaczego opracowano system 10-10?
Został on stworzony, aby zapewnić badaczom standaryzowany układ o wysokiej rozdzielczości do badań topograficznych EEG. Przed jego wprowadzeniem laboratoria dodające dodatkowe elektrody często stosowały niespójne oznaczenia, co utrudniało porównywanie wyników między grupami badawczymi.
Jakie punkty orientacyjne na ciele kierują rozmieszczeniem elektrod?
System opiera się na punktach nasion (nasada nosa), inion (guz na tyłku czaszki) oraz lewym i prawym punkcie przedusznym (tuż przed każdym uchem). Wierzchołek (Cz) jest następnie obliczany jako centralny punkt środkowy pomiędzy tymi czterema punktami orientacyjnymi.
Jak nazywają się elektrody w systemie 10-10?
Oznaczenia zaczynają się od jednej lub dwóch liter wskazujących obszar mózgu leżący poniżej (np. F dla czołowego, FC dla czołowo-centralnego). Następnie pojawia się liczba: nieparzysta dla lewej półkuli, parzysta dla prawej oraz „z” dla linii środkowej, co pozwala zachować nazewnictwo powiązane ze znanymi punktami bazowymi systemu 10-20.
Ile elektrod zazwyczaj wykorzystuje system 10-10?
Najbardziej powszechnie stosowana konfiguracja obejmuje 74 aktywne elektrody skalpowe, wraz z osobnymi elektrodami referencyjnymi i uziemiającymi. Jest to nieco mniej niż w oryginalnym opisie z 81 punktami, który uwzględniał również pozycje na płatku ucha, obecnie często pomijane.
Jakich zalet można się spodziewać po zastosowaniu systemu 10-10?
Uważa się, że gęstsze pokrycie elektrodami poprawia mapowanie topograficzne i pozwala lepiej wykrywać ogniskową lub wysokoczęstotliwościową aktywność mózgu, która mogłaby umknąć w przypadku szeroko rozstawionych czujników.
Emotiv jest liderem w dziedzinie neurotechnologii, pomagającym rozwijać badania neuronaukowe dzięki dostępnym narzędziom EEG i danym o mózgu.
Christian Burgos
