Hệ thống 10-10 là một phần mở rộng của phương pháp đặt điện cực Quốc tế 10-20, được xây dựng để cung cấp cho các nhà nghiên cứu một mạng lưới điện cực da đầu dày đặc hơn, đồng đều hơn cho việc ghi điện não đồ (EEG). Nó lấp đầy các khoảng trống không gian do bố cục 10-20 cũ để lại, mở rộng phạm vi bao phủ từ 19 vị trí tiêu chuẩn lên 74 hoặc nhiều hơn các điểm ghi.
Mật độ bổ sung đó hỗ trợ bản đồ địa hình chi tiết hơn, quá trình xây dựng một hình ảnh chi tiết về nơi hoạt động điện tập trung trên bề mặt da đầu tại bất kỳ thời điểm nào.
Hệ thống Điện não đồ 10-10 là gì?
Hệ thống 10-10 lần đầu tiên được ghi nhận là "Hệ thống điện cực mười phần trăm", một phương pháp được xây dựng đặc biệt cho các nghiên cứu địa hình của cả hoạt động EEG tự phát (tín hiệu nền đang diễn ra của não) và hoạt động gợi cảm (tín hiệu được kích hoạt bởi một kích thích cụ thể).
Mô tả ban đầu phác thảo một mảng 81 điện cực giữ nguyên mọi chuyển đạo tiêu chuẩn từ Hệ thống 10-20 Quốc tế trong khi thêm các điện cực bổ sung vào các khoảng trống giữa chúng. Một số điện cực mới này nằm chính xác ở giữa hai chuyển đạo 10-20 hiện có. Những điện cực khác được đặt giữa các điện cực điểm giữa mới được thêm vào đó, tạo ra một lớp phủ thậm chí còn mịn hơn.
Logic đặt tên đằng sau các vị trí bổ sung này được neo một cách cố ý vào các cấu trúc hiện có thay vì được phát minh từ đầu. Các ký hiệu điện cực phụ trợ tham chiếu đến cả vùng não bên dưới một vị trí nhất định và các chuyển đạo 10-20 liền kề xung quanh nó, vì vậy một nhà nghiên cứu quen thuộc với hệ thống 10-20 có thể định hướng theo lưới mới mà không cần học một từ vựng hoàn toàn riêng biệt.
Mục đích đã tuyên bố của việc xuất bản mảng mở rộng này là để thúc đẩy tiêu chuẩn hóa trên các phòng thí nghiệm thực hiện công việc EEG độ phân giải cao. Trước khi tồn tại một quy ước đặt tên chung, bất kỳ phòng thí nghiệm nào thêm điện cực giữa các điểm 10-20 tiêu chuẩn đều có nguy cơ sử dụng các nhãn không đồng nhất, khiến việc so sánh các phát hiện địa hình giữa các nhóm nghiên cứu trở nên khó khăn. Hệ thống 10% đã giải quyết trực tiếp vấn đề đó bằng cách đặt cho mọi vị trí được thêm vào một cái tên cố định, có thể dự đoán được.
Các mốc giải phẫu và Quy ước đặt tên điện cực
Hệ thống 10-10 dựa trên bốn mốc bên ngoài được đo trực tiếp trên đầu của đối tượng: nasion (vết lõm ở sống mũi, giữa hai mắt), inion (gờ xương ở đáy hộp sọ) và các điểm trước tai trái và phải (những vết lõm nhỏ ngay trước mỗi tai). Điểm tham chiếu thứ năm, đỉnh đầu hoặc Cz, nằm ở chính giữa hộp sọ, được tính là điểm giữa của nasion và inion và điểm giữa của hai điểm trước tai.
Hệ thống 10-10 thay vào đó chia nhỏ các cung ở các khoảng thời gian 10%, giúp tăng gấp đôi số điểm dừng dọc theo mỗi đường một cách hiệu quả và tạo ra một lớp vị trí trung gian hoàn toàn mới.
Nhãn điện cực tuân theo một mẫu chữ và số nhất quán được chia sẻ trên cả hai hệ thống. Mỗi nhãn bắt đầu bằng một hoặc hai chữ cái chỉ vùng não bên dưới vị trí đó:
Fp cho cực trán
F cho trán
C cho trung tâm
P cho đỉnh
O cho chẩm
T cho thái dương
Hơn nữa, hệ thống 10-10 giới thiệu các nhãn kết hợp cho các vùng trung gian nằm giữa các vùng chính này, bao gồm FC, CP, FT, TP, AF và PO.
Một chữ số sau đó sẽ đi sau chữ cái hoặc các chữ cái, và chữ số này mang ý nghĩa cụ thể. Các số chẵn đánh dấu các vị trí bán cầu bên phải, các số lẻ đánh dấu các vị trí bán cầu bên trái, và chữ cái "z" (cho số không) đánh dấu bất kỳ vị trí nào nằm trực tiếp trên đường giữa chạy từ trước ra sau qua đỉnh đầu.
Bản đồ hóa lưới 74 điện cực mở rộng
Phiên bản lưới của hệ thống 10-10 được sử dụng phổ biến nhất trong các môi trường lâm sàng và nghiên cứu hiện tại có chứa 74 điện cực da đầu hoạt động, cộng với các điện cực tham chiếu và nối đất riêng biệt cần thiết để hoàn thành thiết lập ghi âm hoạt động.
Đây là một số lượng nhỏ hơn so với mô tả 81 điện cực ban đầu, bao gồm các vị trí dái tai bổ sung không phải lúc nào cũng được sử dụng trong các cấu hình hiện đại. Cả hai số lượng đều đại diện cho cùng một nguyên tắc thiết kế cơ bản, chúng chủ yếu khác nhau ở việc các điện cực tai có được bao gồm trong tổng số hay không.
Chuỗi đường giữa đầy đủ chạy từ trước ra sau thường bao gồm Fpz, AFz, Fz, FCz, Cz, CPz, Pz, POz và Oz. Di chuyển sang hai bên ra xa đường giữa, các cặp đối xứng bao phủ song song mỗi bán cầu: 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 và O1/O2, cùng với những vị trí khác lấp đầy các khe trung gian còn lại.
Khi so sánh cạnh nhau, sự sắp xếp này gần như tăng gấp đôi mật độ lấy mẫu không gian của hệ thống 10-20, vì nó chèn một vị trí ghi mới giữa hầu hết mọi cặp vị trí mà trước đây đứng một mình.
Hệ thống 10-10 khác biệt thế nào với các sơ đồ 10-20 và 10-5
Được đặt trên một phổ mật độ điện cực, ba hệ thống liên quan bao gồm các điểm khác nhau dọc theo thang đo đó.
Hệ thống 10-20 nằm ở đầu thưa thớt, chỉ sử dụng 19 điện cực ghi trên da đầu cộng với các tham chiếu tai, cách nhau ở các khoảng 20% trên khắp đầu. Khoảng cách rộng đó hiệu quả và thiết lập nhanh chóng, nhưng điều đó cũng có nghĩa là hoạt động đạt đỉnh trong không gian hẹp giữa hai vị trí 10-20 tiêu chuẩn có thể bị thể hiện dưới mức hoặc bị bỏ lỡ hoàn toàn trong tín hiệu được ghi lại.
Hệ thống 10-10 nằm ở giữa phổ đó, sử dụng khoảng 74 đến 81 điện cực da đầu cách nhau ở các khoảng 10%. Ý đồ thiết kế là đóng các khoảng trống phủ sóng vốn có đối với khoảng cách 10-20 mà không chuyển sang mật độ cực đoan nhất hiện có.
Độ cực đoan đó nằm ở hệ thống 10-5, hệ thống này chia nhỏ da đầu hơn nữa thành các khoảng 5% và tạo ra hơn 300 vị trí điện cực có thể.
Hệ thống | Khoảng cách | Điện cực da đầu | Tính năng chính |
|---|---|---|---|
10-20 | khoảng cách 20% | 19 điện cực | Thiết lập thưa thớt và nhanh chóng |
10-10 | khoảng cách 10% | 74-81 điện cực | Lấp đầy các khoảng trống phủ sóng không gian |
10-5 | khoảng cách 5% | 300+ vị trí | Mật độ cực đoan cho nghiên cứu |
Ứng dụng và Lợi ích trong Nghiên cứu EEG
Hệ thống 10-10 đã thấy việc sử dụng thực tế trong nghiên cứu EEG mật độ cao hiện đại. Một ví dụ đến từ một nghiên cứu của Murugappan và cộng sự. về việc phân loại các trạng thái cảm xúc của con người từ các tín hiệu EEG.
Các nhà nghiên cứu đã thiết kế một giao thức nghe nhìn để tạo ra năm trạng thái cảm xúc riêng biệt, ghê tởm, hạnh phúc, ngạc nhiên, sợ hãi và một đường nền trung tính, và ghi lại hoạt động của não bằng cách sử dụng 64 điện cực được đặt theo hệ thống 10-10 Quốc tế trên da đầu của 20 đối tượng. Các tín hiệu thô được làm sạch bằng phương pháp lọc Surface Laplacian, một kỹ thuật xử lý tín hiệu liên quan đến cách tiếp cận sơ đồ Laplacian, trước khi được chia nhỏ thành các dải tần số alpha, beta và gamma bằng cách sử dụng biến đổi wavelet rời rạc.
Sử dụng các tính năng dựa trên năng lượng được trích xuất từ các dải tần số này, nghiên cứu đã thử nghiệm hai phương pháp phân loại mẫu, K Láng giềng gần nhất (KNN) và Phân tích phân biệt tuyến tính (LDA), để xem mỗi phương pháp có thể phân loại tín hiệu não vào danh mục cảm xúc chính xác như thế nào. Một tập hợp tính năng được đề xuất đã tạo ra tỷ lệ phân loại tối đa trung bình là 83.26% bằng KNN và 75.21% bằng LDA, vượt trội so với các cách tiếp cận trích xuất tính năng thông thường hơn được thử nghiệm trong cùng một nghiên cứu.
Kết quả này chứng minh rằng một mảng 64 kênh được xây dựng trên bố cục 10-10 có thể hỗ trợ công việc phân loại tín hiệu có ý nghĩa.
Ngoài ứng dụng đơn lẻ này, một số lợi ích thường được gán cho hệ thống 10-10 dựa trên lập luận hình học hơn là so sánh thực nghiệm trực tiếp. Một lưới điện cực dày đặc hơn thường được cho là tạo ra các bản đồ địa hình chính xác hơn và định vị nguồn tốt hơn, vì nhiều điểm lấy mẫu hơn trên da đầu, về nguyên tắc, sẽ nắm bắt được chi tiết không gian mà khoảng cách rộng hơn sẽ làm mượt hoặc bỏ lỡ.
Độ phủ dày đặc hơn cũng được cho là giúp nắm bắt tốt hơn hoạt động khu trú hoặc tần số cao tập trung ở một vùng nhỏ của da đầu, hoạt động có thể rơi vào giữa hai điện cực 10-20 cách xa nhau và không bị phát hiện. Mật độ của hệ thống cũng làm cho nó tương thích với các kỹ thuật lọc không gian như xử lý Surface Laplacian, cùng một phương pháp được áp dụng trong nghiên cứu phân loại cảm xúc được mô tả ở trên.
Hạn chế và Hướng đi Tương lai cho Hệ thống EEG 10-10
Bất chấp những ưu thế rõ rệt của nó, việc ứng dụng các mảng mật độ cao đòi hỏi thời gian thiết lập đáng kể và chuyên môn lâu dài để quản lý chất lượng tín hiệu một cách hiệu quả. Việc chuẩn bị hàng chục vị trí trên da đầu có thể tốn nhiều công sức, thường làm tăng thời gian và độ phức tạp của giai đoạn chuẩn bị cho cả nhà nghiên cứu lẫn bệnh nhân. Việc duy trì hiệu suất nhất quán trên một số lượng lớn cảm biến như vậy cũng đòi hỏi phải hiệu chuẩn thường xuyên, điều này có thể đặt ra một thách thức trong các thử nghiệm thực nghiệm dài và lặp đi lặp lại.
Hơn nữa, hệ thống 10-10, mặc dù rộng lớn, không hoàn toàn miễn nhiễm với các vấn đề liên quan đến dẫn truyền thể tích hoặc hạn chế cố hữu của độ nhạy ở cấp độ da đầu. Một số hoạt động não sâu hơn vẫn khó cô lập chỉ qua các cảm biến bên ngoài, bất kể lưới được đặt hoàn hảo như thế nào. Các tiến bộ trong tương lai đang tìm cách kết hợp các hệ thống này với các bộ lọc tính toán tinh vi để giảm thiểu hơn nữa hiện tượng nhòe tín hiệu và cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu tổng thể trong các điều kiện phòng thí nghiệm đầy thách thức.
Nhìn về tương lai, việc tích hợp các công nghệ đặt tự động có tiềm năng giảm bớt các rào cản thiết lập hiện tại. Phần cứng đổi mới cuối cùng có thể cho phép áp dụng nhanh chóng, không cần dùng tay các mảng mật độ đầy đủ, điều này sẽ dân chủ hóa quyền truy cập vào giám sát độ phân giải cao. Khi các hệ thống này phát triển, chúng có thể sẽ trở nên di động và thích ứng hơn, cuối cùng cho phép đo EEG mật độ cao, dài hạn trong các môi trường thoải mái và tự nhiên hơn.
Điều này có ý nghĩa gì đối với việc ghi EEG mật độ cao
Hệ thống định vị điện cực EEG 10-10 là một phần mở rộng tiêu chuẩn hóa của bố cục 10-20, được xây dựng để lấp đầy các khoảng trống không gian với một lưới gồm 74 điện cực trở lên được chi phối bởi một sơ đồ đặt tên giải phẫu nhất quán. Mọi vị trí đều bắt nguồn từ cùng một mốc nasion, inion, trước tai và đỉnh đầu được sử dụng trong phương pháp 10-20 ban đầu, được chia nhỏ hơn nữa để cho phép phạm vi phủ sóng dày đặc hơn và nghiên cứu địa hình chi tiết hơn về hoạt động điện của não, một mối quan tâm cốt lõi trong nghiên cứu khoa học thần kinh nói chung.
Hệ thống này đã tìm thấy việc sử dụng thực sự trong các bối cảnh nghiên cứu và sơ đồ EEG, bao gồm các nghiên cứu áp dụng các phương pháp phân loại dựa trên wavelet cho tín hiệu EEG được ghi lại trên hàng chục vị trí da đầu.
Khi các phòng thí nghiệm áp dụng bố cục này, những lo ngại thực tế như thời gian chuẩn bị, sự thoải mái kéo dài và nguy cơ cầu gel giữa các cảm biến xếp khít nhau trở nên quan trọng không kém gì tiềm năng cho các bản đồ não sắc nét hơn. Sức mạnh thực sự của hệ thống ngày nay nằm ở việc tạo ra một ngôn ngữ chung cho phép các nhóm nghiên cứu khác nhau so sánh các phát hiện có độ phân giải cao của họ một cách nhất quán.
Tài liệu tham khảo
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
Câu hỏi thường gặp
Hệ thống định vị điện cực EEG 10-10 là gì?
Hệ thống 10-10 là một phần mở rộng của phương pháp 10-20 Quốc tế, bổ sung các điện cực ở các khoảng cách 10% giữa các mốc giải phẫu. Nó tạo ra một lưới dày đặc hơn, thường gồm 74 điện cực da đầu để nắm bắt thông tin không gian chi tiết hơn về hoạt động điện của não.
Hệ thống 10-10 khác với hệ thống 10-20 như thế nào?
Hệ thống 10-20 đặt các điện cực cách nhau ở các khoảng 20% dọc theo đầu, trong khi hệ thống 10-10 giảm một nửa khoảng cách đó xuống còn 10%. Điều này lấp đầy các khoảng trống giữa các vị trí 10-20 hiện có, tăng gần gấp đôi số lượng vị trí ghi âm mà không cần loại bỏ bất kỳ điện cực ban đầu nào.
Tại sao hệ thống 10-10 được phát triển?
Nó được tạo ra để cung cấp cho các nhà nghiên cứu một bố cục tiêu chuẩn hóa, có độ phân giải cao cho các nghiên cứu EEG địa hình. Trước khi được giới thiệu, các phòng thí nghiệm thêm các điện cực bổ sung thường sử dụng nhãn không đồng nhất, khiến việc so sánh các phát hiện giữa các nhóm nghiên cứu trở nên khó khăn.
Những mốc giải phẫu nào hướng dẫn việc đặt điện cực?
Hệ thống dựa trên nasion (sống mũi), inion (gờ xương ở phía sau hộp sọ) và các điểm trước tai trái và phải (ngay trước mỗi tai). Đỉnh đầu (Cz) sau đó được tính là điểm giữa trung tâm giữa bốn mốc này.
Các điện cực được đặt tên như thế nào trong hệ thống 10-10?
Các nhãn bắt đầu bằng một hoặc hai chữ cái chỉ vùng não bên dưới (ví dụ: F cho trán, FC cho trán-trung tâm). Tiếp theo là một số: lẻ cho bán cầu trái, chẵn cho bán cầu phải và 'z' cho đường giữa, giữ cho việc đặt tên gắn liền với các điểm neo 10-20 quen thuộc.
Hệ thống 10-10 thường sử dụng bao nhiêu điện cực?
Cấu hình được sử dụng rộng rãi nhất bao gồm 74 điện cực da đầu hoạt động, cùng với các điện cực đất và tham chiếu riêng biệt. Con số này ít hơn một chút so với mô tả 81 vị trí ban đầu, vốn cũng tính cả các vị trí dái tai thường được bỏ qua ngày nay.
Những lợi thế nào được mong đợi từ việc sử dụng hệ thống 10-10?
Phạm vi phủ sóng điện cực dày đặc hơn được cho là giúp cải thiện bản đồ địa hình và phát hiện tốt hơn hoạt động não khu trú hoặc tần số cao có thể rơi vào giữa các cảm biến có khoảng cách rộng.
Emotiv là một đơn vị dẫn đầu về công nghệ thần kinh, giúp thúc đẩy nghiên cứu khoa học thần kinh thông qua các công cụ EEG và dữ liệu não bộ dễ tiếp cận.
Christian Burgos
