บทบาทของการวางตำแหน่งขั้วอิเล็กโทรดบนหนังศีรษะในการตรวจคลื่นไฟฟ้าสมอง (EEG)

การวางตำแหน่งอิเล็กโทรด EEG คืออะไร?

การวางตำแหน่งอิเล็กโทรด EEG คือกระบวนการจัดตำแหน่งเซ็นเซอร์บนหนังศีรษะเพื่อบันทึกความต่างศักย์ไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมของสมอง การวางตำแหน่งที่สม่ำเสมอช่วยให้แพทย์และนักวิจัยสามารถเปรียบเทียบผลการบันทึกระหว่างช่วงเวลา ผู้เข้าร่วมการทดสอบ และสภาพแวดล้อมต่าง ๆ ได้ ซึ่งนี่เป็นส่วนหนึ่งของ electroencephalography ซึ่งเป็นวิธีการที่ใช้ในการดูแลรักษาทางคลินิกและ neuroscience

อิเล็กโทรดไม่ได้อ่านค่ากิจกรรมจากจุดใดจุดหนึ่งของสมองโดยเฉพาะ สัญญาณที่บันทึกได้จะสะท้อนถึงแหล่งกำเนิดไฟฟ้าและวิธีที่สัญญาณเหล่านั้นแพร่กระจายผ่านเนื้อเยื่อสมอง กะโหลกศีรษะ และหนังศีรษะ ตลอดจนจุดอ้างอิงและรูปแบบการจัดวาง (montage) ที่เลือก ด้วยเหตุนี้ การวางตำแหน่งจึงต้องได้รับการตีความควบคู่ไปกับชุดอุปกรณ์บันทึกสัญญาณทั้งหมด รวมถึงบริบททางคลินิกหรือการวิจัยของบุคคลนั้น ๆ

วลีที่ว่า ตำแหน่งมาตรฐานบนหนังศีรษะ อธิบายถึงเป้าหมายของระบบการวางตำแหน่ง ไม่ใช่การรับประกันว่าอิเล็กโทรดทุกตัวจะอยู่เหนือพื้นที่ส่วนเปลือกสมอง (cortical area) ที่เหมือนกันในทุกคน รูปทรงศีรษะ เส้นผม และเทคนิคการวัดล้วนส่งผลต่อตำแหน่งสุดท้ายได้ทั้งสิ้น

ดังนั้น การบันทึก EEG จึงขึ้นอยู่กับทั้งแผนการวางตำแหน่งและคุณภาพของการดำเนินการ

ระบบ 10-20 สร้างแผนที่ EEG สากลได้อย่างไร

การวางตำแหน่งตามมาตรฐานจะเปลี่ยนพื้นผิวโค้งของศีรษะมนุษย์ให้เป็นตารางพิกัดที่สามารถทำซ้ำได้ ระบบ 10-20 system สากลบรรลุเป้าหมายนี้โดยการแบ่งกะโหลกศีรษะออกเป็นระยะทางตามสัดส่วนระหว่างจุดอ้างอิงทางกะโหลกศีรษะ (craniometric landmarks) ที่สำคัญ 4 จุด ได้แก่ nasion (ดั้งจมูก), inion (ปุ่มท้ายทอย) และจุด pre-auricular ซ้ายและขวา (ตำแหน่งเหนือใบหูโดยตรง)

ชื่อ "10-20" มาจากช่วงระยะห่างที่ใช้ (10%, 20%, 20%, 20%, 20% และ 10%) ตามแนวเส้นกึ่งกลาง (midline) และระนาบแนวขวาง (coronal planes) เปอร์เซ็นต์เหล่านี้เป็นตัวกำหนดตำแหน่งของป้ายกำกับอิเล็กโทรดที่คุ้นเคย ได้แก่ Fp (frontopolar), F (frontal), C (central), P (parietal), O (occipital) และ T (temporal) โดยแต่ละตำแหน่งจะมีหมายเลขย่อยระบุซีกซ้ายขวาและระยะห่างจากเส้นกึ่งกลาง

บทวิจารณ์โดย Richard Homan ระบุว่าวิธีนี้ “ใช้การวัดจุดอ้างอิงทางกะโหลกศีรษะภายนอกเพื่อกำหนดตำแหน่งของอิเล็กโทรดบนหนังศีรษะ” และทำหน้าที่เป็นมาตรฐานสากลมานานกว่าสามทศวรรษ

จุดเด่นของระบบนี้อยู่ที่ความสามารถในการปรับขนาดได้ นักเทคนิคการแพทย์ในโตเกียวและนักวิจัยในเบอร์ลินต่างสามารถวางอิเล็กโทรด Cz ไว้ที่จุดกระหม่อม (vertex) ซึ่งกำหนดให้เป็นจุดตัดของเส้นกึ่งกลางและเส้นแนวขวางที่เชื่อมต่อจุด pre-auricular ทั้งสองข้าง ผลการบันทึกที่ได้จึงอ้างอิงถึงตำแหน่งทางกายวิภาคเดียวกัน ทำให้สามารถเปรียบเทียบข้อมูลข้ามห้องปฏิบัติการได้

แนวทางปฏิบัติที่ปรับปรุงใหม่ของ American Clinical Neurophysiology Society Guideline ได้ขยายหลักการนี้เข้าสู่ระบบ 10-10 system ซึ่งรวมตำแหน่งระดับกลาง เช่น AF1/2 และ PO1/2 เข้าไว้ด้วย ตำแหน่งเพิ่มเติมเหล่านี้ให้ความละเอียดเชิงพื้นที่ที่สูงขึ้น ซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อต้องการระบุตำแหน่งของการปล่อยประจุไฟฟ้าที่ทำให้เกิดอาการชัก (epileptiform discharges) หรือการจับคู่กระบวนการรับรู้ที่ซับซ้อนเข้ากับพื้นที่เฉพาะของเปลือกสมอง

หากไม่มีข้อตกลงการวางตำแหน่ง EEG electrodes ที่เป็นมาตรฐานเช่นนี้ สาขาวิชานี้จะกระจัดกระจายเป็นชุดข้อมูลที่แยกจากกัน ซึ่งแต่ละชุดจะผูกติดอยู่กับ lab-specific montage เท่านั้น

สมมติฐานสำคัญที่เชื่อมโยงหนังศีรษะเข้ากับกายวิภาคของสมอง

ทุกการบันทึก EEG โดยใช้ระบบ 10-20 ตั้งอยู่บนสมมติฐานพื้นฐานที่ว่า ความสัมพันธ์ระหว่างตำแหน่งอิเล็กโทรดบนหนังศีรษะและโครงสร้างสมองส่วนที่อยู่ข้างใต้มีความสม่ำเสมอเพียงพอที่จะเป็นประโยชน์ในทางคลินิกและทางวิทยาศาสตร์

บทวิจารณ์ของ Richard Hamon ระบุเรื่องนี้โดยตรง โดยตั้งข้อสังเกตว่าเทคนิคนี้ “ถือเอาว่ามีความสัมพันธ์ที่สม่ำเสมอระหว่างตำแหน่งของอิเล็กโทรดบนหนังศีรษะและโครงสร้างสมองส่วนที่อยู่ข้างใต้” ดังนั้น นี่จึงเป็นเสาหลักทางแนวคิดที่ช่วยให้อายุรแพทย์โรคระบบประสาทสามารถอนุมานได้ว่า กิจกรรมที่บันทึกได้ที่ตำแหน่ง T3 น่าจะมาจากสมองส่วนขมับซ้าย (left temporal lobe) หรืออิเล็กโทรด Cz จับกิจกรรมจากเปลือกสมองส่วนควบคุมการรับรู้และการเคลื่อนไหว (sensorimotor cortices)

อย่างไรก็ตาม สมมติฐานนี้เป็นเพียงสมมติฐานเท่านั้น ไม่ใช่กฎทางกายวิภาคที่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าจะใช้ได้เหมือนกันกับสมองของทุกคน

ความหนาของกะโหลกศีรษะของแต่ละบุคคล รูปแบบการม้วนตัวของเปลือกสมอง และความสัมพันธ์ที่แน่นอนระหว่าง inion และขั้วสมองส่วนท้ายทอย (occipital pole) อาจมีความแตกต่างกัน ระบบ 10-20 ทำหน้าที่เป็นแบบจำลองทางสถิติของความสอดคล้องกันระหว่างศีรษะและสมอง ซึ่งได้รับการตรวจสอบความถูกต้องมานานหลายทศวรรษผ่านความสัมพันธ์ทางคลินิกและการศึกษาการระบุตำแหน่งแหล่งกำเนิดสัญญาณ แต่ระบบนี้ไม่ได้ให้แผนที่ที่มีความแม่นยำระดับมิลลิเมตรสำหรับเปลือกสมองของบุคคลใดบุคคลหนึ่งโดยเฉพาะ

เมื่อผู้เชี่ยวชาญด้าน Neurofeedback หรือนักวิจัยตีความ EEG data โดยไม่มีการเปรียบเทียบร่วมกับภาพ MRI ของแต่ละบุคคล พวกเขากำลังทำงานภายใต้กรอบการทำงานตามหลักความน่าจะเป็นนี้ การยอมรับระบบนี้อย่างแพร่หลายแสดงให้เห็นว่าสมมติฐานดังกล่าวมีความแม่นยำเพียงพอสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ แต่ความรอบคอบทางวิชาการกำหนดให้เราต้องยอมรับข้อจำกัดของมัน ข้อมูลจากอิเล็กโทรดตัวใดตัวหนึ่งแสดงถึงผลรวมแบบถ่วงน้ำหนักของกิจกรรมจากส่วนต่าง ๆ ของเปลือกสมอง ซึ่งได้รับอิทธิพลจากการนำกระแสไฟฟ้าในปริมาตร (volume conduction) และส่วนผสมของผู้สนับสนุนสัญญาณที่แท้จริงนั้นก็ได้รับอิทธิพลจากลักษณะเฉพาะทางกายวิภาคของแต่ละบุคคลด้วย

นี่คือเหตุผลว่าทำไมวิธีการวัดตามสัดส่วนจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง การผูกตำแหน่งอิเล็กโทรดเข้ากับจุดอ้างอิงภายนอกที่ปรับสัดส่วนตามขนาดสมอง จะช่วยลดความแปรปรวนระหว่างบุคคลให้เหลือน้อยที่สุด วิธีการทางเลือกอื่น ๆ เช่น การวางอิเล็กโทรดในระยะทางสัมบูรณ์จากจุดสมมติใดจุดหนึ่ง จะล้มเหลวทันทีเนื่องจากขนาดเส้นรอบวงศีรษะของผู้ใหญ่และในแต่ละช่วงวัยมีความแตกต่างกันอย่างมาก

ทำไมชื่ออิเล็กโทรดมาตรฐานจึงช่วยป้องกันการตีความข้อมูลผิดพลาด

ชื่อที่กำหนดให้กับแต่ละตำแหน่งจะต้องสื่อข้อมูลทางกายวิภาคที่แม่นยำแก่ผู้อ่านที่ผ่านการฝึกอบรมมาแล้ว ระบบการตั้งชื่อของระบบ 10-20 เข้ารหัสทั้งส่วนกลีบสมอง (lobe) และซีกสมอง (hemisphere) โดยคำต่อท้ายที่เป็นเลขคี่จะหมายถึงซีกซ้าย เลขคู่หมายถึงซีกขวา และอักษร "z" (zero) จะหมายถึงเส้นกึ่งกลาง เป็นที่เข้าใจตรงกันทั่วโลกว่าอิเล็กโทรดที่ระบุชื่อ P3 จะอยู่เหนือบริเวณสมองส่วนข้างซ้าย (left parietal) ห่างออกไปประมาณ 20% ของครึ่งเส้นรอบวงจากเส้นกึ่งกลาง

แนวทางปฏิบัติของ American Clinical Neurophysiology Society ที่ปรับปรุงใหม่ ได้กล่าวถึงเหตุผลที่มาตรฐานนี้มีความสำคัญต่อการสื่อสาร โดยได้อภิปรายถึงสถานการณ์ที่ระบบ 10-10 แบบขยายช่วยให้ “ข้อมูลการระบุตำแหน่งเพิ่มเติม” เช่น การใช้ตำแหน่ง AF1/2 และ PO1/2 เพื่อกำหนดกิจกรรมบริเวณขั้วสมองส่วนหน้า (frontal pole) หรือขั้วสมองส่วนท้ายทอย (occipital pole) ได้ดีขึ้น รายงานที่ระบุเพียงแค่ "กิจกรรมสมองส่วนหน้า" โดยไม่มีป้ายกำกับมาตรฐานเหล่านี้อาจอ้างอิงถึงการจัดวาง (montage) ที่แตกต่างกันได้ถึงสิบแบบ แนวทางปฏิบัตินี้จัดทำขึ้นเพื่อป้องกันความคลุมเครือดังกล่าว

หลักการเดียวกันนี้ใช้กับ consumer EEG headsets ด้วย อุปกรณ์ที่มีตำแหน่งอิเล็กโทรดแบบคงที่จะนำชุดตำแหน่งย่อยที่เรียบง่ายของระบบ 10-20 มาใช้โดยปริยาย และคุณภาพของการวิจัยหรือการใช้งานจะขึ้นอยู่กับว่าตำแหน่งเหล่านั้นสอดคล้องกับเป้าหมายของเปลือกสมองที่ต้องการบันทึกได้อย่างถูกต้องแม่นยำเพียงใด ดังนั้น ระบบการตั้งชื่อที่สม่ำเสมอจึงช่วยให้สามารถนำข้อมูลจาก headset เชิงพาณิชย์ไปเปรียบเทียบกับเอกสารทางคลินิกที่มีอยู่มากมายได้ หากมีการรายงานรูปแบบการจัดวาง (montage) อย่างโปร่งใส

การปรับการวางตำแหน่งอิเล็กโทรดให้เข้ากับกายวิภาคสมองของทารก

สัดส่วนกะโหลกศีรษะของทารก กระหม่อมที่ยังเปิดอยู่ และแนวทางการพัฒนาของสมองจะเปลี่ยนความสัมพันธ์ระหว่างจุดทำเครื่องหมายภายนอกและสมองส่วนที่ทำหน้าที่เฉพาะด้าน ศึกษาโดย Hellström และคณะ ได้อภิปรายถึงเรื่องนี้โดยตรง โดยตรวจสอบการวางตำแหน่งอิเล็กโทรดในทารก “โดยการศึกษาทางรังสีวิทยา” โดยใช้ฟิล์มเอกซเรย์กะโหลกศีรษะธรรมดาจากทารก 28 ราย

คณะผู้วิจัยได้นำเสนอระบบที่ใช้อิเล็กโทรดน้อยกว่าระบบ 10-20 แบบเต็มรูปแบบ ซึ่งปรับให้เหมาะสมกับ infant anatomy การวิเคราะห์ทางรังสีวิทยาช่วยให้พวกเขาสามารถประมาณความสัมพันธ์ทางภูมิประเทศระหว่างแต่ละตำแหน่งของอิเล็กโทรดและส่วนของสมองที่อยู่ข้างใต้ได้ ซึ่งเป็นการตรวจสอบความถูกต้องทางกายวิภาคเฉพาะสำหรับกลุ่มอายุนี้

ประเด็นสำคัญที่ได้รับคือ หลักการเรื่องสัดส่วนยังคงอยู่ แต่จุดอ้างอิงและจำนวนอิเล็กโทรดจำเป็นต้องได้รับการปรับเปลี่ยน สำหรับแอปพลิเคชัน portable EEG ที่ออกแบบมาสำหรับทารกแรกเกิด ผู้จัดจำหน่ายไม่สามารถเพียงแค่วางเซ็นเซอร์ตามพิกัดของผู้ใหญ่ที่ย่อส่วนลงมาเท่านั้น หากไม่มีการตรวจสอบความถูกต้องอย่างเป็นอิสระ สัญญาณที่ได้อาจแสดงข้อมูลคลาดเคลื่อนจากแหล่งกำเนิดประสาทที่แท้จริงข้างใต้

การใช้การวางตำแหน่งนอกแนวเส้นผมสำหรับการตรวจวัดการนอนหลับ

การศึกษาการนอนหลับทางคลินิกมีความท้าทายในทางปฏิบัติ: การจัดวางตำแหน่งแบบ 10-20 มาตรฐานต้องสัมผัสกับหนังศีรษะ ซึ่งอาจรบกวนผู้เข้ารับการทดสอบที่กำลังนอนหลับ โดยเฉพาะในการศึกษาเปรียบเทียบระยะยาว (longitudinal) หรือโปรโตคอลที่ทำที่บ้าน

Dyson และคณะ ได้ทำการตรวจสอบว่าอิเล็กโทรด EEG ที่วางอยู่นอกแนวเส้นผมจะสามารถให้ผลลัพธ์การแบ่งระยะการนอนหลับ (sleep staging) ที่เทียบเท่ากับการวางตำแหน่งมาตรฐานได้หรือไม่ ผู้เข้ารับการทดสอบ 6 รายนอนหลับโดยมีการบันทึกสัญญาณพร้อมกันจากตำแหน่งมาตรฐานและตำแหน่ง "ทดสอบ" นอกแนวเส้นผม ซึ่งสามารถติดอิเล็กโทรดแบบมีเจลในตัวชนิดมีกาวเหนียวได้ง่ายกว่า

ความสอดคล้องกันระหว่างคะแนนการนอนหลับที่ได้จากการวางตำแหน่งทั้งสองแบบได้รับการวิเคราะห์เชิงปริมาณโดยใช้ค่าสถิติ Cohen’s kappa ความสอดคล้องระหว่างการวางตำแหน่งสำหรับผู้สังเกตการณ์คนเดียวกันมีค่าสูงถึง kappa = 0.860 สำหรับระยะการนอนหลับทั้ง 6 ระยะที่พิจารณาแยกกัน ความสอดคล้องที่ยอดเยี่ยมนี้บ่งชี้ว่า สำหรับวัตถุประสงค์ของการแบ่งระยะการนอนหลับ การวางตำแหน่งนอกแนวเส้นผมสามารถทำงานได้ดีเกือบเทียบเท่ากับการจัดวางตำแหน่งมาตรฐาน

สิ่งที่ควรทราบคือ การค้นพบนี้เป็นไปตามการใช้งานเฉพาะด้าน ไม่ได้หมายความว่าอิเล็กโทรดนอกแนวเส้นผมจะสามารถใช้แทนการวางตำแหน่งมาตรฐานสำหรับการตรวจจับคลื่นไฟฟ้าสมองผิดปกติชนิดเฉพาะที่ (focal interictal spikes) หรือสำหรับการระบุตำแหน่งแหล่งกำเนิดสัญญาณได้ การศึกษานี้แสดงถึงความยืดหยุ่นของวิธีการ EEG เมื่อคำถามวิจัยมีขอบเขตที่จำกัด

ดังนั้น consumer EEG cap ที่ออกแบบมาสำหรับการติดตามการนอนหลับอาจเลือกใช้อาร์เรย์แบบง่าย ๆ บริเวณหน้าผากและปุ่มหลังหู (mastoids) แต่นักวิจัยที่ตีความข้อมูลนั้นจะต้องตระหนักว่าความละเอียดเชิงพื้นที่อาจลดลงไป

การสแกน 3 มิติอัตโนมัติช่วยตรวจสอบตำแหน่งอิเล็กโทรด

แม้จะมีแนวทางปฏิบัติ 10-20 แต่การวัดด้วยมือก็อาจเกิดข้อผิดพลาดจากมนุษย์ได้ การประเมินระยะทาง nasion-to-inion คลาดเคลื่อนไปเล็กน้อย หรือสายวัดที่เลื่อนหลุด สามารถทำให้อิเล็กโทรดขยับไปได้เป็นเซนติเมตร ส่งผลให้ระบุป้ายกำกับสมองส่วนที่ถูกบันทึกสัญญาณผิดพลาด

ด้วยเหตุนี้ Tveter และคณะ จึงนำเสนอวิธีอัตโนมัติแบบใหม่ที่ใช้ 3D scans to localize electrode positions โดยไม่จำเป็นต้องใช้ข้อมูล MRI กรอบการทำงานนี้จะระบุจุด pre-auricular และจุดอ้างอิงอื่น ๆ จากนั้นจึงระบุตำแหน่งของอิเล็กโทรดแต่ละตัว ซึ่งสามารถระบุอิเล็กโทรดได้อย่างถูกต้องในช่วง 85.7% ถึง 91.0% จากชุดข้อมูลสแกนมากกว่า 400 รายการจากผู้เข้ารับการทดสอบ 278 ราย

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง วิธีนี้ทำงานได้แม้ไม่มีข้อมูล MRI ซึ่งเป็นความจริงที่เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีทรัพยากรจำกัดหลายแห่ง รวมถึงในสาขาการตรวจวัด EEG แบบเคลื่อนที่หรือแบบที่บ้านที่กำลังเติบโตขึ้น กรอบการทำงานแบบครบวงจรนี้มีเครื่องมือตรวจสอบความถูกต้องสำหรับการปรับเปลี่ยนด้วยตนเองหากจำเป็น ความแม่นยำสูงนี้บ่งชี้ว่าการตรวจสอบพื้นที่ตำแหน่งโดยอัตโนมัติสามารถกลายมาเป็นขั้นตอนการควบคุมคุณภาพที่เป็นมาตรฐานได้ เช่นเดียวกับการตรวจสอบความต้านทานไฟฟ้า (impedance)

การศึกษานี้ช่วยตรวจสอบความถูกต้องของเทคโนโลยีการระบุตำแหน่งด้วยตัวเอง และสนับสนุนการอนุมานเชิงตรรกะว่า หากวางอิเล็กโทรดได้ตรงตามตำแหน่งที่ควรจะเป็นอย่างแน่นอนมากขึ้น การระบุตำแหน่งแหล่งกำเนิดสัญญาณก็จะมีความน่าเชื่อถือมากขึ้นด้วย การผสมผสานระหว่างการสแกน 3 มิติราคาประหยัดและระบบประมวลผลแบบโอเพนซอร์สช่วยให้การตรวจสอบตำแหน่งที่เข้มงวดไม่ได้จำกัดอยู่เฉพาะในศูนย์วิชาการที่มีอุปกรณ์ครบครันอีกต่อไป

ในการศึกษา EEG ใด ๆ ที่ใช้ EEG machine ร่วมกับรูปแบบการจัดวางที่กำหนด ความสามารถในการยืนยันตำแหน่งอิเล็กโทรดอย่างเป็นรูปธรรมจะช่วยยกระดับมาตรฐานของหลักฐานที่ได้

การเตรียมพร้อมสำหรับการวางตำแหน่งอิเล็กโทรด EEG

การเตรียมตัวจะช่วยให้สัมผัสของอุปกรณ์มีความสม่ำเสมอและลดการขัดจังหวะที่หลีกเลี่ยงได้ระหว่างการบันทึก กระบวนการนี้จะแตกต่างกันไปตามประเภทของอิเล็กโทรด ระยะเวลาของการศึกษา และขั้นตอนทางคลินิกหรือการวิจัยในท้องถิ่น โดยทั่วไปจะประกอบด้วยการยืนยันแผนผังการจัดวางที่วางแผนไว้ การเตรียมหนังศีรษะตามความเหมาะสม และการตรวจสอบว่าระบบบันทึกสัญญาณพร้อมใช้งานแล้ว

ลำดับขั้นตอนง่าย ๆ ต่อไปนี้จะช่วยจัดระเบียบการตั้งค่าอุปกรณ์โดยไม่ต้องปฏิบัติกับผู้เข้าร่วมการทดสอบหรืออุปกรณ์ทุกชิ้นเหมือนกันหมด:

• ยืนยันแผนผังการจัดวางอิเล็กโทรดและการจัดตำแหน่ง (montage) ที่กำหนดไว้เทียบกับโปรโตคอลการบันทึกสัญญาณ

• ระบุและวัดจุดอ้างอิงทางกายวิภาคที่เกี่ยวข้องก่อนจัดวางตำแหน่งอิเล็กโทรด

• เตรียมพื้นที่สัมผัสบนหนังศีรษะตามการออกแบบของอิเล็กโทรดและขั้นตอนที่กำหนดไว้

• ตรวจสอบการเชื่อมต่ออิเล็กโทรดและคุณภาพสัญญาณก่อนเริ่มดำเนินการบันทึกสัญญาณ

หลังจากขั้นตอนเหล่านี้ เจ้าหน้าที่สามารถประเมินได้ว่าเซ็นเซอร์แต่ละตัวอยู่ในตำแหน่งที่ต้องการหรือไม่ และสัญญาณที่สังเกตได้มีความเสถียรเพียงพอสำหรับโปรโตคอลการทดสอบหรือไม่ มาตรการสัมผัสของอิเล็กโทรดและเกณฑ์เกณฑ์การยอมรับที่ยอมรับได้จะขึ้นอยู่กับอุปกรณ์และขั้นตอนของสถาบัน ดังนั้น ค่าเดียวจึงไม่สามารถใช้ได้กับทุกกรณี การบันทึกรายละเอียดที่ชัดเจนเกี่ยวกับการวางตำแหน่งหรือการปรับแต่งการตั้งค่าอุปกรณ์สามารถช่วยอธิบายความแตกต่างของข้อมูลที่ได้

การแก้ไขปัญหาทั่วไปเกี่ยวกับการวางตำแหน่งอิเล็กโทรด

ปัญหาการวางตำแหน่งอาจปรากฏในรูปแบบของการสัมผัสที่ไม่ดี สัญญาณที่ไม่เสถียร สัญญาณรบกวนมากเกินไป หรือความแตกต่างที่ไม่คาดคิดระหว่างช่องสัญญาณ สัญญาณเหล่านี้อาจเกิดจากหลายสาเหตุ รวมถึงการเชื่อมต่อที่หลวม การเคลื่อนไหว การรบกวนจากเส้นผม หรือ artifacts จากสิ่งแวดล้อม การแก้ไขปัญหาจะทำงานได้ดีที่สุดเมื่อพิจารณาการบันทึกข้อมูลเป็นระบบทั้งหมด มากกว่าการปัดความผิดปกติทุกอย่างไปที่อิเล็กโทรดตัวเดียว

ขั้นตอนการตรวจสอบครั้งแรกคือดูว่าอิเล็กโทรดอยู่ในตำแหน่งที่วางแผนไว้และสัมผัสกับหนังศีรษะอย่างน่าเชื่อถือหรือไม่ นักเทคนิคการแพทย์อาจตรวจสอบสายเคเบิล ขั้วต่อ และส่วนเชื่อมต่อระหว่างอิเล็กโทรดกับผิวหนัง โดยปฏิบัติตามคำแนะนำของอุปกรณ์ การปรับแต่งใด ๆ ควรคงรูปแบบการจัดวางเดิมที่ตั้งใจไว้ หรือบันทึกเป็นเอกสารหากจำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลง

กิจกรรมที่ผิดปกติบางอย่างมีสาเหตุทางสรีรวิทยามากกว่าทางเทคนิค การเคลื่อนไหวของดวงตา กิจกรรมของกล้ามเนื้อ และการเคลื่อนไหวร่างกายล้วนส่งผลกระทบต่อสัญญาณที่บันทึกจากหนังศีรษะได้ ในขณะที่การเลือกจุดอ้างอิงก็อาจเปลี่ยนลักษณะของช่องสัญญาณได้ การแยกแยะความเป็นไปได้เหล่านี้จำเป็นต้องให้ความสนใจกับบริบทของการบันทึกและรูปแบบข้อมูลในช่องสัญญาณต่าง ๆ เส้นสัญญาณที่ผิดปกติเพียงเส้นเดียวไม่ได้เป็นตัวกำหนดสาเหตุด้วยตัวมันเอง

การนำการวางตำแหน่ง 10-20 ไปใช้จริงกับ Emotiv Flex 2 และ EmotivPRO

หลักการข้างต้นเป็นตัวกำหนดรูปแบบการเลือกใช้อุปกรณ์จริง ชุดหูฟังที่มีรูปแบบการจัดวางแบบคงที่จะผูกมัดคุณไว้กับรูปแบบการจัดวาง (montage) เดียว ในขณะที่ระบบแบบหมวกครอบ (cap-based) จะช่วยให้คุณปรับรูปแบบการวางอิเล็กโทรดให้ตรงกับคำถามวิจัยของคุณได้

Emotiv Flex 2 คือระบบ EEG แบบหมวกครอบไร้สายที่สร้างขึ้นเพื่อรองรับความยืดหยุ่นดังกล่าว ตัวหมวกมีช่องเปิด 74 ช่องที่ตรงกับตำแหน่ง 10-20 มาตรฐาน และคุณสามารถวางเซ็นเซอร์ได้สูงสุด 32 ตัวในช่องใดก็ได้ เซ็นเซอร์อ้างอิงสองตัว (CMS/DRL) สามารถวางไว้ที่ตำแหน่ง 10-20 ใดก็ได้หรือบนใบหู สิ่งนี้ทำให้สะดวกต่อการสร้างรูปแบบการจัดวางส่วนหน้า (frontal), ส่วนกลาง (central) หรือส่วนท้ายทอย (occipital) ตามที่โปรโตคอลกำหนด และเพื่อรายงานผลโดยใช้ชื่ออิเล็กโทรดมาตรฐาน

Flex 2 มีจำหน่ายพร้อมเซ็นเซอร์แบบเจลหรือแบบน้ำเกลือ และตัวหมวกมีหลายขนาดเพื่อให้เหมาะกับขนาดศีรษะที่แตกต่างกัน โดยทำหน้าที่สตรีมข้อมูลขนาด 16 บิตที่อัตรา 256 ตัวอย่างต่อวินาทีต่อช่องสัญญาณผ่าน Bluetooth 5.2

การเลือกขนาดหมวกช่วยให้สวมใส่ได้พอดี แต่ไม่ได้เข้ามาแทนที่การวัดระยะจากจุด nasion, inion และจุด pre-auricular หมวกครอบที่สวมได้พอดีก็ยังจำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบตำแหน่ง Cz เทียบกับจุดอ้างอิงเหล่านั้น

EmotivPRO รองรับขั้นตอนการตั้งค่าและการควบคุมคุณภาพที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้:

• แผนผังแสดงคุณภาพการสัมผัสแบบเรียลไทม์: ดูสถานะของเซ็นเซอร์แต่ละตัวในขณะที่คุณตั้งค่า จากนั้นจึงปรับแต่งก่อนที่จะเริ่มการบันทึกสัญญาณ

• เกณฑ์วัดคุณภาพ EEG: ตัวบ่งชี้เพิ่มเติมรายเซ็นเซอร์โดยอิงจากคุณลักษณะของสัญญาณ ไม่ใช่เพียงแค่การสัมผัสของอุปกรณ์เท่านั้น

• เครื่องทำเครื่องหมายเหตุการณ์ (Event markers): เพิ่มบันทึกย่อในการบันทึกเพื่อแยกแยะเหตุการณ์จากการทดลองออกจากสิ่งรบกวน (artifacts) เช่น การกะพริบตาและการเคลื่อนไหวร่างกาย

• รูปแบบการส่งออกข้อมูลแบบเปิด: ส่งออกข้อมูลไปยังรูปแบบ EDF หรือ CSV เพื่อนำไปวิเคราะห์ในเครื่องมือต่าง ๆ เช่น EEGLAB และ MATLAB พร้อมรองรับระบบ Lab Streaming Layer สำหรับกระบวนการทำงานที่ซิงโครไนซ์กัน

คุณลักษณะเหล่านี้ช่วยตอบสนองความท้าทายทั่วไปในการวางตำแหน่งอิเล็กโทรด การขยับขึ้นไปใช้เซ็นเซอร์สูงสุด 32 ตัวผ่านช่องเปิดมาตรฐาน 74 ช่องช่วยให้คุณจับคู่รูปแบบการจัดวาง (montage) ให้ตรงกับคำถามวิจัยได้ ขนาดหมวกครอบที่มีให้เลือกหลายขนาดช่วยรองรับการสวมใส่ที่กระชับและสม่ำเสมอสำหรับศีรษะขนาดต่าง ๆ แผนผังคุณภาพการสัมผัสจะยืนยันการสัมผัสของเซ็นเซอร์แบบเรียลไทม์ และป้ายกำกับอิเล็กโทรดมาตรฐานจะติดไปกับข้อมูลที่ส่งออก ซึ่งสนับสนุนการรายงานรูปแบบการจัดวางที่โปร่งใส

ทำไมการวางตำแหน่งอิเล็กโทรดจึงเป็นตัวกำหนดขีดจำกัดความแม่นยำของ EEG

ทุกการบันทึก EEG จะได้รับความหมายจากตำแหน่งที่เซ็นเซอร์ติดตั้งอยู่ และความชัดเจนของสัญญาณนั้นจะขึ้นอยู่กับโครงสร้างทางเรขาคณิตที่เชื่อมโยงหนังศีรษะเข้ากับสมอง ตารางพิกัดตามสัดส่วนมาตรฐานเช่นระบบ 10-20 ช่วยให้การบันทึกจากต่างคลินิกสามารถนำมาเปรียบเทียบกันได้ แต่ความน่าเชื่อถือของพวกมันตั้งอยู่บนสมมติฐานทางความน่าจะเป็นมากกว่าแผนที่ทางกายวิภาคที่แน่นอน

สมมติฐานนั้นมีความแม่นยำเพียงพอสำหรับการใช้งานทั่วไป แต่ก็ยังมีขีดจำกัดที่จำเป็นต้องระมัดระวังเมื่อตีความสัญญาณจากศีรษะของแต่ละบุคคล แนวคิดหลักนี้อธิบายว่าทำไมการวางตำแหน่งในทารกจึงต้องมีการตรวจสอบความถูกต้องแยกต่างหาก ทำไมการจัดวางเพื่อวิเคราะห์การนอนหลับแบบลดทอนลงจึงยอมรับได้เฉพาะกับคำถามที่จำกัด และทำไมการตรวจสอบความถูกต้องอย่างเป็นรูปธรรมจึงมีความสำคัญ

สิ่งที่เชื่อมโยงการค้นพบทั้งหมดนี้คือหลักการข้อเดียว: คุณค่าของการสังเกตการณ์ EEG ใด ๆ ขึ้นอยู่กับการรู้ว่าสัญญาณนั้นมาจากที่ใด รูปแบบการจัดวางแบบง่ายอาจสะดวกสำหรับการแบ่งระยะการนอนหลับ และการสแกน 3 มิติอัตโนมัติอาจช่วยยืนยันตำแหน่งเซ็นเซอร์ได้อย่างแม่นยำสูง แต่ไม่มีเทคโนโลยีใดสามารถทดแทนการคิดวิเคราะห์ทางกายวิภาคได้

เมื่อนำมารวมกัน การศึกษาเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าการวางตำแหน่งเซ็นเซอร์อย่างแม่นยำไม่ใช่ขั้นตอนทางเลือกก่อนการประมวลผลข้อมูล แต่เป็นรากฐานที่ช่วยให้การบันทึกสัญญาณสามารถนำไปแบ่งปัน เปรียบเทียบ และได้รับความไว้วางใจ แม้ว่าฮาร์ดแวร์ EEG จะพกพาได้ง่ายและเป็นอัตโนมัติมากขึ้น แต่คำถามแรกก็ยังคงต้องเหมือนเดิม: สมองส่วนใดที่อยู่ภายใต้อิเล็กโทรดตัวนี้?

เอกสารอ้างอิง

1. Homan, R. W. (1988). The 10-20 electrode system and cerebral location. American Journal of EEG Technology, 28(4), 269-279. https\://doi.org/10.1080/00029238.1988.11080272

2. Acharya, J. N., Hani, A. J., Cheek, J., Thirumala, P., & Tsuchida, T. N. (2016). American clinical neurophysiology society guideline 2: guidelines for standard electrode position nomenclature. The Neurodiagnostic Journal, 56(4), 245-252. https\://doi.org/10.1080/21646821.2016.1245558

3. Hellstrom, B., Karlsson, B., & Müssbichler, H. (1964). Electrode placement in EEG of infants and its anatomical relationship studied radiographically. American Journal of EEG Technology, 4(4), 71-75.

4. Dyson, R. J., Thornton, C., & Dore, C. J. (1984). EEG electrode positions outside the hairline to monitor sleep in man. Sleep, 7(2), 180-188. https\://doi.org/10.1093/sleep/7.2.180

5. Tveter, M., Tveitstøl, T., Nygaard, T., Pérez T, A. S., Kulashekhar, S., Bruña, R., ... & Hebold Haraldsen, I. R. (2024). EEG electrodes and where to find them: automated localization from 3D scans. Journal of Neural Engineering, 21(5), 056022.

คำถามที่พบบ่อย

ระบบ 10-20 คืออะไร และเหตุใดจึงนำมาใช้งาน?

ระบบ 10-20 คือมาตรฐานสากลที่ใช้วางตำแหน่งอิเล็กโทรด EEG บนหนังศีรษะโดยอิงตามสัดส่วนระยะทางระหว่างจุดอ้างอิงกระดูกที่สำคัญ เช่น nasion และ inion ระบบนี้สร้างตารางพิกัดที่สามารถทำซ้ำได้ เพื่อให้ผลการบันทึกจากห้องปฏิบัติการและคลินิกต่าง ๆ อ้างอิงถึงตำแหน่งทางกายวิภาคเดียวกัน

เหตุใดการเคลื่อนขยับเพียงเล็กน้อยในการวางตำแหน่งอิเล็กโทรดจึงมีความสำคัญ?

การขยับไปเพียงไม่กี่มิลลิเมตรสามารถเปลี่ยนกลุ่มของเซลล์ประสาทที่ส่งสัญญาณเข้ามา ซึ่งทำให้บริเวณสมองที่ตรวจพบกิจกรรมเปลี่ยนไป การวางตำแหน่งที่แม่นยำช่วยให้มั่นใจได้ว่าข้อมูลจากอิเล็กโทรดนั้นแสดงถึงพื้นที่เปลือกสมองส่วนที่ตั้งใจไว้อย่างแท้จริง

สมมติฐานสำคัญที่ระบบ 10-20 พึ่งพาคืออะไร?

ระบบนี้ถือเอาว่ามีความสัมพันธ์ที่สม่ำเสมอระหว่างตำแหน่งของอิเล็กโทรดบนหนังศีรษะและโครงสร้างสมองส่วนที่อยู่ข้างใต้ สมมติฐานนี้เป็นเพียงแบบจำลองทางสถิติ ไม่ใช่กฎทางกายวิภาคที่แน่นอน เนื่องจากความหนาของกะโหลกศีรษะและการม้วนตัวของเปลือกสมองของแต่ละบุคคลมีความแปรปรวน

ชื่อของอิเล็กโทรดในระบบ 10-20 ระบุตำแหน่งได้อย่างไร?

แต่ละชื่อจะเข้ารหัสส่วนกลีบสมองและซีกสมอง: เลขคี่คือซีกซ้าย เลขคู่คือซีกขวา และตัวอักษร "z" หมายถึงเส้นกึ่งกลาง ตัวอย่างเช่น P3 อยู่เหนือบริเวณสมองส่วนข้างซ้าย ช่วยให้ผู้อ่านที่ผ่านการฝึกอบรมเข้าใจตำแหน่งที่แน่นอนได้ทันที

การวางตำแหน่งอิเล็กโทรดตามมาตรฐานสามารถนำมาใช้กับทารกได้โดยตรงหรือไม่?

ไม่ได้ เนื่องจากสัดส่วนกะโหลกศีรษะและพัฒนาการของสมองทารกมีความแตกต่างกัน ดังนั้นระบบ 10-20 ของผู้ใหญ่จึงไม่สามารถนำมาย่อส่วนลงได้โดยง่าย นักวิจัยได้ตรวจสอบความถูกต้องของระบบที่ปรับให้เหมาะสมกับทารกโดยใช้จำนวนอิเล็กโทรดที่น้อยลงและใช้ภาพถ่ายรังสีเพื่อจับคู่ตำแหน่งให้ตรงกับโครงสร้างสมองของทารก

อิเล็กโทรดนอกแนวเส้นผมเหมาะสำหรับการตรวจวัดการนอนหลับหรือไม่?

สำหรับการแบ่งระยะการนอนหลับ การวางตำแหน่งนอกแนวเส้นผมให้ผลสอดคล้องกันเกือบเทียบเท่ากับการวางตำแหน่งแบบมาตรฐาน ทำให้สะดวกต่อการศึกษาการนอนหลับระยะยาวหรือที่บ้าน อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ไม่ได้ให้ความละเอียดเชิงพื้นที่เพียงพอสำหรับตรวจจับคลื่นไฟฟ้าสมองผิดปกติชนิดเฉพาะที่หรือการระบุตำแหน่งแหล่งกำเนิดสัญญาณอย่างแม่นยำ

การสแกน 3 มิติแบบอัตโนมัติช่วยปรับปรุงการวางตำแหน่งอิเล็กโทรดได้อย่างไร?

วิธีนี้ใช้การสแกนศีรษะแบบ 3 มิติเพื่อระบุจุดอ้างอิงและระบุตำแหน่งของอิเล็กโทรดโดยไม่จำเป็นต้องใช้ภาพ MRI ช่วยตรวจสอบความถูกต้องทางกายภาพอย่างเป็นรูปธรรมว่าอิเล็กโทรดติดตั้งอยู่ที่ใดจริง ๆ ซึ่งช่วยลดข้อผิดพลาดจากการวัดด้วยมนุษย์และเพิ่มความน่าเชื่อถือให้กับการระบุตำแหน่งแหล่งกำเนิดสัญญาณ

ระบบ 10-10 สามารถนำมาใช้แทนระบบ 10-20 ได้หรือไม่?

ระบบ 10-10 เป็นส่วนขยายเพิ่มขึ้นมา ไม่ใช่ระบบทดแทน โดยสร้างขึ้นจากตรรกะเชิงสัดส่วนและจุดอ้างอิงเดียวกัน ระบบนี้ได้เพิ่มตำแหน่งอิเล็กโทรดระดับกลาง เช่น AF1/2 และ PO1/2 เพื่อให้ได้ความละเอียดเชิงพื้นที่ที่สูงขึ้นเมื่อจำเป็น