سیگنالهای مغزی EEG

الکروانسفالوگرافی

نوارمغزی (ثبت فعالیت الکتریکی مغز است، این تکنیک شامل اخذ سیگنال توسط الکترودهای سطحی، بهبود سیگنال) معموال تقویت و حذف نویز (چاپ سیگنال و آنالیز آن میشود. آنچه روی کاغذ چاپ میشود، الکتروانسفالوگرام نامیده میشود.
کاربرد بالینی
نتایج حاصل از انسفالوگرام را نمیتوان به صورت مستقیم و تنها با مشاهده سیگنال مورد بررسی و تفسیر قرار داد و از روی آن ناهنجاری را تشخیص معموالً طیف فرکانسی این سیگنال حاوی اطالعات مفیدی است که داد.
کاربردهای تشخیصی و تحقیقاتی
از جمله موارد زیر دارد:
1-کمک به تشخیص و تعیین محل آسیب مغزی سربرال
2 -کمک به مطالعه صرع) حمالت گذرای برگشت پذیر عمل مغز دچار مشکل با حس نامنظم و فعالیت حرکتی نظیر تشنج)
3 -کمک به تشخیص اختالالت روانی
4 -کمک به مطالعه خواب
5 -اجازه مشاهده و آنالیز پاسخهای مغز به محرکهای سنسوری
2
الکترودهای ثبت EEG
الکترودهای EEG، جریانهای یونی را از بافت سربرال را به صورت ولتاژ اخذ کرده و به پیش تقویت کنندههای EEG، منتقل میکند.
در صفحات اینمشخصات الکترود در ثبت، بسیار مهم است. معموالً الکترودها، از کلرید نقره – نقره (AgCl-Ag (استفاده میشود. معموال پنج نوع الکترود جهت ثبت EEG به کار میرود:
1 -الکترود پوست سر، کاپ ها، دیسکهای پد نقره، میله هایی از جنس فوالد ضد زنگ و سیمهای نقره کلریده شده،
2 -الکترودهای: sphenoidal در این الکترودها، نقره عایق و سیم لخت که نوک آن کلریده شده به صورت متناوب قرار گرفته و به وسیله بافت ماهیچه توسط یک سوزن در جای خود قرار میگیرد،
3 -الکترودهای: Nasopharyngeul میله نقرهای با توپ نقره که از طریق سوراخ بینی وارد میشود،
4 -الکترودهای: Electrocorticoyraphic فیلترهای کتانی خیس خورده در محلول سالین که روی سطح مغز قرارداده میشود و 5 -الکترودهای اینتراسربرال: دستههای سیمهای پالتین یا طالی پوشیده شده از تفلون که در فواصل مختلف از نوک دسته بریده شده است و برای تحریک الکتریکی مغز به کار میرود.
3
الکترودهای کاپ یا دیسک، قابلیت استفاده مجدد دارد، هر بار با استفاده از یک کرم هادی روی پوست سر قرار میگیرد. قبل از قراردادن الکترود بایستی، چربیهای نقطه مورد نظر در سر را با الکل یا استون پاک کرد. دامنه، فاز و فرکانس سیگنالهای EEG به طرز قرار گرفتن الکترودها
بستگی دارد. الکترودگذاری سطحی) روی سطح پوست( طبق یک الگوی استاندارد انجام میگیرد.
دستگاه ثبتEEG
ماشینهای EEG بالینی، معموالً شامل ۸ ،1۱ یا 32 کانال است. به صورت معمول 2۲ الکترود روی سر بیمار قرار میگیرد که پتانسیل حیاتی مذکور را رساند. معموالً با استفاده از یک سیگنال کالیبراسیون به پیش تقویت کننده می
پالسی، سیستم کالیبره میشود. سیگنالهای دریافت شده، تقویت و حذف نویز میشود. سیگنالها را میتوان به همین شکل ثبت کرد یا جهت انجام پردازشهای بیشتر مانند محاسبه طیف فرکانسی سیگنال و طبقهبندی و اعمال الگوریتمهای تشخیصی، به دیجیتال تبدیل و وارد کامپیوتر کرد. ثبت پتانسیلهایی که پس از تحریکهای بینایی و شنوایی ثبت میشوند را پتانسیلهای برانگیخته (potential evoked (مینامند. میتوان این گونه تفسیر کرد که قسمت اعظم سیگنالی که از این طریق ثبت میشود در نتیجه محرکهای بینایی یا شنوایی است. از این یافتهها میتوان در مطالعه اعصاب مربوط به این دو حس استفاده کرد.
4
همانطور كه مي دانیم مغز انسان توانایي انتشار امواجي الكتریكي و مغناطیسي را دارد كه مي توان با ثبت آنها عالوه بر كاربردهاي پردازشي به تشخیص برخي بیماري ها و حتي برقراري ارتباط به صورت تلپاتي پرداخت.
یكي از روش هاي ثبت این سیگنالها
EEG/Electroencephalography مي باشد…
در این روش ثبت، تعدادي الكترود بر روي نقاط مختلف پوست سر و گردن فرد قرار داده مي شود تا امواج ارسالي در اثر فعالیت هاي نورون هاي مغز را ثبت كند. این الكترودها كه از یكي از جنس هاي نقره، پالتین و … ساخته مي شوند به دو صورت خشك و یا همراه با ژل روي پوست سر قرار میگرند و در طي آزمایش به ثبت امواج دریافتي مي پردازند.
روش ثبت EEG در ابتدا بهترین روش براي تشخیص تومور، سكته مغزي و سایر مشكالت مربوط به مغز بود كه هم اكنون با پیشرفت عكس برداري هاي مغزي از جمله MRI و CT این مزیت را از دست داده است ولي هنوز هم در موارد زیادي كاربرد دارد.
در زمان ثبت این سیگنال ها از بیمار خواسته مي شود كه روي تخت دراز بكشد یا روي یك صندلي با آرامي بنشیند در طول ثبت بنابر نوع آن از بیمار خواسته مي شود كه چشمان خود را ببندد و یا به مانیتور مورد نظر نگاه كند.
5
زمان آماده شدن براي ثبت حدود 2۲ دقیقه است و خود ثبت بین 3۲ تا 6۲ دقیقه به طول مي انجامد.
در طي این ثبت مي توان سه دسته از پتانسیل ها را ثبت كرد، كه انتخاب دسته مورد نظر بستگي به علت ثبت مثال نوع بیماري احتمالي فرد دارد. آن سه دسته عبارتند از:
<- Potential Evoked Visual(VEP(پتانسیل هاي مربوط به بینایي: زماني این نوع پتانسیل ثبت مي شود كه احتمال آسیب دیدن اعصاب بینایي وجود داشته باشد و یا فرد دچار مشكالت بینایي باشد. در این موارد فرد در طي ثبت به مانیتوري كه عالمتي متحرك روي آن تكان مي خورد نگاه مي كند و در این حین سیگنالهاي مغزي ثبت مي شوند. الكترودها در این آزمایش بر روي اعصاب مربوط به شبكیه تا بخش عقبي كرتكس قرار مي گیرند.
هاي پتانسیل)BEAP(Brainstem Auditory Evoked Potential -> مربوط به شنوایي: در این آزمایش اعصاب مربوط به شنوایي در ساقه مغز بررسي مي شوند. براي این كار صداهاي خاصي توسط گوشي در هر یك از گوشها به طور مجزا پخش مي شود و در طي آن عكس العمل اعصاب هر یك از بخشهاي مسیر انتقال به مغز ثبت مي شود.
هاي پتانسیل)SEP(Somatosensory Evoked Potantial -> مربوط به حواس سایر اعضا: این آزمایش با قرار دادن نوعي میدان الكتریكي بر روي اعضا به بررسي نتایج مربوط به انتقال اطالعات به مغز مي پردازد. این میدان الكتریكي اعمالي معموال دردناك نیست و مشكلي براي بیمار به
6
وجود نمي آورد. از كاربردهاي این روش براي افرادي است كه دچار بي حسي در برخي اعضا از جمله دستها یا پاها مي باشند.
در زمان اجراي عمل هاي جراحي مربوط به بخش هایي كه امكان آسیب دیدن اعصاب در طي آنها وجود دارد، نیز از ثبت EEG و بررسي آن در خارج از اتاق عمل براي اطمینان از عدم ایجاد مشكل استفاده مي شود، كه بسته به نوع و مكان جراحي یكي از سه نوع ثبت فوق مورد استفاده قرار مي گیرد.
از سیگنال هاي ثبت شده EEG در بیماراني كه دچار حمله هاي تشنجي مي شوند نیز استفاده مي شود. در این بیماران با ثبت دائمي این سیگنال و پردازش كامپیوتري آن مي توان، حمله تشنجي) مثال صرعي (را در زماني حدود 5 دقیقه قبل از ایجاد با دقت خوبي پیش بیني كرد.
یكي از كاربردهاي جدید این نوع ثبت در تلپاتي (Telepathy (مي باشد. در سال 2۲۲2، وزارت دفاع آمریكا 4 میلیون دالر براي فعالیتهاي پژوهشي مربوط به تلپاتي سربازان در میدان جنگ سرمایه گذاري نموده است. در این فعالیت تالش مي شود كه با استفاده از این سیگنالها و پردازش آنها فكر سربازان بدون صحبت كردن آنها منتقل شود.
مطالعه برروي مغز به عنوان پیچیده ترین عضو بدن و خروجيهاي آن در فعالیتها و حالتهاي مختلف، از دیرباز مورد توجه بسیاري از محققان بوده است. در مغز ریز سیستمهایي وجود دارد كه از برهمكنش آنها حالتهاي مغزي حاصل ميشود. امواج مغزي الگوهاي الكتریكي مغز هستند كه در فعالیتهاي مختلف ظاهر شده یا از بین ميروند. به این ترتیب سیگنال
7
الكتروانسفالوگرام (EEG (كه حاصل فعالیتهاي الكتریكي مغز است، ميتواند به عنوان یكي از سیگنالهاي حیاتي پراهمیت، جهت مطالعه و شناخت فعالیتها و حالتهاي مختلف مغزي به شمار رود.
امواج و ریتمهاي سیگنال EEG در نقاط مختلفي از سر و در شرایط بخصوصي ظاهر ميشوند كه به وسیله الكترودهاي سطح جمجمه ثبت ميشوند.
الـكـتـروانـسـفـالـوگراف، سیستم ثبت فعالیت الـكـتـریـكـي مـغـز اسـت، این سیستم شامل اخذ سـیـگـنـال تـوسـط الـكـتـرودهـاي سـطحي، بهبود سـیـگـنال) معموال تقویت و حذف نویز، چاپ سیـگـنــال (مــيشــود. آنـچــه روي كــاغــذ چـاپ ميشود، همان الكتروانسفالوگرام (EEG (است. با بررسي این سیگنال مي توان اطالعات مفیدي را به دست آورد كه این اطالعات كاربردهاي تـشـخـیـصـــي و تـحـقـیـقـــاتــي از جـمـلــه طــراحــي سیستمهاي بیوفیدبك EEG جهت كاربردهاي درمــانــي و آرام ســازي، طــراحـي سیستـم هـاي واسط مغز و رایانه، كمك به تشخیص و تعیین محل آسیبهاي مغزي، پیش بیني زمان وقوع صـرع، مـطالعه فعالیت مغز در مراحل مختلف خــواب، مـطــالـعــه فـعــالـیـت مـغـز در طـي الـقـاي هپنوتیزم، مطالعه پاسخ هاي مختلف مغز نسبت به انواع محرك ها و… را دارد. ولي از آنجا كه تنها مشـاهده سیگنال EEG كه خروجي هر سیستم الكتروانسفالوگراف نمي تواند اطالعات كاملي را در جهـت مطـالعه موارد ذكر شده در اختیار بگذارد، الزم است كه خروجي این سیستم هاي ثبت، توسط نرم افزار مورد پردازشهاي بیشتر قرار بگیرد. به این ترتیب مي توان وظیفه نرم افزار را در سیستم هاي
8
ثبت EEG، در انجام پردازشهاي بیشتر برروي این سیگنال، مانند محاسبه طیف فركانسي سیگنال، استخراج ویژگي هاي مناسب و طبقهبندي و اعمال الگوریتم تشخیصي خالصه نمود.
در حــال حــاضــر اكـثــر سـیـستـمهـاي ثبـت سیگنـالهـاي مغـزي (EEG(مـوجـود در آزمایشگاههاي مهندسي به همراه یك نرم افزار ارائه ميشوند كه این نرم افزار فقط امكان ثبت و نمایش یا یك سري پردازشهاي خاص برروي سیگنال را مي دهد و جهت دیگر پردازشهاي مهندسي و مطالعه برروي سیگنال مغز كاربر باید ابتدا سیگنال مغز را به كمك نرم افزار ارائه شده توسط شركت فروشنده سیستم ثبت و ذخیره كند و بعد از اتـمـام ثـبـت و ذخیره سازي، ميتواند سیگنال ذخیره شده را به كمك نرم افزارهاي پردازش كننده مانند نرم افزار MATLAB مجددا باز كرده و به صورت offline پردازش و مطالعه كند. به این ترتیب به كمك نرم افزار ارائه شده توسط شركت فروشنده سیستم نميتوان به صورت بالدرنگ و همزمان با ثبت، سیگنال مغز را آنالیز كرده و مورد پردازش و مطالعه قرار داد و باید صبر كرد تا ثبت تمام شود بعد پردازش را شروع كرد. در صورتي كه در بعضي از كاربردهاي پزشكي، توانبخشي و مهندسي مانند بیوفیدبك امواج مغزي الزم است كه همزمان به ثبت سیگنال، پردازشهاي الزم نیز برروي آن انجام شده و به صورت همزمان نتایج به دست آمده به صورت دیداري یا شنیداري ارائه شود. البته در حال حاضر نرم افزارهایي نیز وجود دارد كه به صورت همزمان با ثبت سیگنال، پردازشهاي خاصي را انجام ميدهند ولي این نرم افزارها فقط قابلیت ارتباط بـا دستگـاههـاي ثبـت سیگنـال EEG خـاص را داشته و براي همان سیستمها طراحي شدهاند.
9
به این ترتیب باید سیستم ثبت سیگنال مغزي كه نرم افزار براي آن طراحي شده است نیز خریداري شود و این گونه نرم افزارها نميتوانند با سیستمهاي ثبت سیگنال مغزي از شركتهاي مختلف ارتباط بر قرار كنند و از آنجا كه جهت كاربرد خاصي طـراحـي شـدهانـد و دستـرسـي بـه كـدهاي این برنامهها وجود ندارد نميتوان به این نرمافزارها كاربردهاي پردازشي بیشتر را اضافه كرد.
با در نظر گرفتن مسائل بیان شده در این طرح پژوهشي كه در گروه مهندسي پزشكي دانشگاه شاهد توسط دكتر علي مطیع نصرآبادي و گلناز بغدادي اجرا شده، سعي بر آن شده است كه نرم افزاري طراحي شود كه به كمك آن
مشكالت بیان شده مرتفع شود. این نرم افزار كه در محیط ویژوال ++C طراحي شده است ميتواند به صورت source open یا یك فایل exe اجرایي، ارائه شود. البته در حال حاضر این نرم افزار با پروتكل ارتباطي دستگاه ثبت 24 كاناله)24 C-SD) ساخت شركت شعله دانش كار ميكند ولي از آنجا كه این نرم افزار به صورت source open قابل ارائه است، ميتوان به راحتي با تغییر زیـر تـابـع مـربـوط بـه ارتبـاط بـا سخـت افـزار و جایگزین كردن پروتكلهاي ارتباطي سیستمهاي EEG ساخت شركتهاي مختلف به كاربران این اجازه را داد كه با استفاده از همـان سیستـمهـاي ثبـت سیگنـال مغـزي مـوجـود در آزمـایشگـاههـا و بدون نیاز به خریداري یك سیستم جدید، بتوانند دادهها را از سیستم ثبت اخذ كرده و پردازشهاي مورد نظر را به صورت time real برروي آن انجام دهند.
11
به كمك این نرم افزار ميتوان از سیستم EEG مــوجــود بــه صــورت بـالدرنـگ، سیگنـال هـاي مغزي (EEG (را ثبت و مورد پردازش قرار داد. در حالي كه قبال به وسیله نرم افزار خود سیستمها فـقــط امـكــان پــردازش offline سـیـگـنــال وجـود داشـت. از جملـه ایـن پـردازشهـا كـه نرم افزار طـراحـي شـده قـابلیـت اجراي آنها را دارد: 1- اسـتـخــراج ویــژگــيهــاي مـخـتـلــف از سـیگنـال EEG كـه مـيتـوانـد به دانشجویان و محققان در اجـراي بسیاري از پروژههاي تحقیقاتي كمك كند. 2- تحریك، ثبت و استخراج پتانسیلهاي وابسته به رخداد مانند مولفه p3۲۲ است كه در طـراحـي سـیـسـتـمهـاي واسـط بین مغز و رایانه كاربرد دارد.
3 -یكي از موارد پركاربرد اعمال نروفیدبك است. نروفیدبك یا همان بیوفیدبك امواج مغزي یك روش درماني پركاربرد است كـه تـوسـط روانـشـنـاسـان و روانـپزشكان جهت درمــان اختـالالت رواني در كودكان و بزرگساالن به كار گرفته ميشود، در حال حاضر نـرم افـزارهـاي بیـوفیـدبـك از طـراحان خارجي خریداري شده و در كلینیكها استفاده ميشود، بـه كمـك نـرم افـزار حـاضـر كه در آن فرمهایي جهت اعمال بیوفیدبكهاي صوتي و تصویري تعبیـه شـده است كلینسینها ميتوانند همانند نـرم افـزارهـاي از خـارجـي كاربردهاي درماني
خود را به كار بگیرند و از آنجا كه این نرم افزار به صورت open source است ميتوان به راحتي به آن دیگر قابلیتهایي كه مد نظر یك كلینسین اســـت را اضــافــه كــرد در صــورتــي كــه در نــرم افزارهاي از پیش طراحي شده خارجي چنین پشتیباني وجود ندارد.
11
البته این نرم افزار توانایي پردازش offline داده ها یعني سیگنالهایي كه از قبل توسط سیستم ذخیره شدهاند را نیز دارد. با توجه به مسائل بیان شده كاربردها، نوآوريها و مـزیـتهـاي ایـن اثـر را مـيتوان به صورت زیر خالصه كرد:
1-ایـن نـرم افـزار داراي یـك محیـط گرافیكي كاربر پسند است كه كاربران آن كه غالبا محققان، دانشجویان و كلینیسینها هستند مي توانند به راحـتــي بـا آن ارتبـاط بـرقـرار كننـد و انـواعـي از پـردازشهـا، مـطـالـعـات و تـحـقیقات آزمایشي، كلینیكي و درماني خود را به راحتي به صورت time Real یا offline اجرا كنند و به علت امكان اضافه كردن پروتكل ارتباطي به
سیستمهاي ثبت EEG مختلف به نرم افزار و ایجاد امكان برقراري ارتباط با سیستمهاي ثبت سیگنال هاي مغزي موجود در آزمایشگاه و كلینیكها، یك كلینیسین یا یك آزمایشگر جهت اجراي یك كاربرد پرداشي خاص دیگر نیازي به خرید مجدد یك سیستم ثبت EEG جدید ندارد و به كمك این نرم افزار ميتواند انواع آزمایشات خود را با همان سیستم ثبت EEG كه در دسترس دارد طراحي و اجرا كند.
2-این نرم افزار برخالف اكثر نرم افزارهاي خارجي مشابه تك منظوره نبوده و قادر است به صورت بالدرنگ پردازشهاي مختلفي را انجام دهد.
3-در این نرم افزار محـیطهـایي جـهت انـدازهگیـري انـرژي امـواج مـغزي و ارائه بیوفیدبكهاي مغزي به صورت بازي و نمایش فیلم تعبیـه شده اسـت كه ميتواند در كلینیـكهـاي روان درماني مـورد استفاده قرار گیرد. كلینسـینها در مراكــز روان درماني ميتوانند از ایـن سیستـم جهـت انـدازهگیـري انــرژي
12
امـواج مـغـزي و ارائـه بـیـوفـیـدبـكهـاي صوتي و تصویري استفاده كنند. امروزه به طور گستـرده از ایـن روش جهت درمان اختالالت رفـتــاري مــانـنــد مـشـكـل بیـش فعـالـي كـودكـان، اضطراب، عدم تمركز و … استفاده ميشود كه در حـــال حـــاضـــر از ایـــن روش در بــعــضــي از كـلـیـنـیــكهـاي ایـران نـیـز اسـتـفـاده مـيشـود كـه سیستم ثبت EEG و نرم افزار بیوفیدبك مربوطه از خارج از كشور خریداري ميشود.
4-هـمـچنین در این نرم افـزار محیـطهـایي گرافـیـكي جهـت تـحریك و استخراج پتانسیلهاي وابسته به رخداد تعبیه شده است كه ميتواند به محققان در طراحي سیستمهاي واسط بین مغز و رایانه كمك كند.
5-به علت باز بودن كدهاي نرم افزار كاربر مـيتـواند الگوریتم هاي پردازشي جدیدي كه قصد استفاده از آنها را دارد خودش به نرم افزار اضافه كند یا از خدمات پشتیباني نرم افزار جهت اضافه كردن الگوریتمهاي دیگر استفاده كند.
6 -به علت عدم پیچیدگي این نرم افزار برروي هـر سیستـم كـامپیوتري كه ویندوز 2۸ یا باالتر برروي آن نصب باشد، قابل استفاده و اجراست.
13
کنترل اشیاء و فضای پیرامون به وسیله تفسیر سیگنالهای EEG مغز
ارتباط با ماشین و رایانه در گذشته تنها به صورت مستقیم و با آگاهی کامل از پروتکلها صورت میگرفت: چه برای کار سادهای مانند روشن کردن یک المپ و چه به پیچیدگی برنامهنویسی روباتیک. همیشه مجبور بودیم که به ماشین فرمان یا فرمانهایی مشخص بدهیم تا کار خاصی را كه میخواهیم برای ما انجام دهد. از طرف دیگر، ارتباط بین انسانها بسیار پیچیدهتر و همچنین جذابتر از فرامین ماشینی است، چراکه برای ارتباط، چیزی بسیار فراتر از آنچه را به تنهایی بیان میشود لحاظ میکنیم. ما حاالت صورت و زبان بدن را درک میکنیم و میتوانیم حاالت روحی و احساسات فرد را نیز از صحبت کردن با او متوجه شویم.
هدف فعالیتهای آتی در زمینه واسطهای مغز ـ رایانه)Computer Brain BCI: Interface)، وارد کردن این گستره وسیع ارتباطات انسانی به ارتباط ماشین و رایانه است؛ بنابراین، رایانهها نه تنها متوجه فرامین مستقیم شما خواهند شد بلکه به حاالت صورت شما و همچنین حاالت روحی شما نیز پاسخ خواهند داد. برای انجام این کار نیز، راهحلی بهتر از تفسیر سیگنالهایی که به طور طبیعی توسط مغز خودمان تولید میشوند وجود ندارد.
با وجود جذابیت این طرح، به دو دلیل به انجام رساندن آن بسیار مشکل است: نخست، به دلیل الگوریتمهای تشخیصی؛ مغز ما از میلیاردها نرون فعال تشکیل شده است. بیشتر فعالیت مغزی انسان، خود را به صورت سیگنالهای
14
الکتریکی در محیط مغز نشان میدهد و برای ایجاد سطح بیشتر برای انجام وظایف مختلف، سطح مغز انسان دارای پیچ و تابها و تاخوردگیهای بسیاری است. در نتیجه این تاخوردگیها، تفسیر سیگنالهای دریافتشده از مغز به کاری بسیار دشوار تبدیل میشود. محققان شرکت اموتیو الیفساینس)Emotiv Lifescience) برای حل این مشکل، الگوریتمی طراحی کردهاند که به وسیله آن بتوان سیگنالها را نزدیک به منبع آنها نگاشت کرد. در نتیجه میتوان برای جمعیت بزرگی از انسانها، از الگوریتم نتیجههای صحیح اخذ كرد.
مشکل دوم، دستگاهی است که به وسیله آن باید سیگنالهای مغزی را ثبت کرد. دستگاههایی که در گذشته برای ثبت سیگنالهای EEG)ElectroEncephaloGraphy) استفاده میشد چه از نظر زمانبر بودن نصب روی سر و چه از نظر راحتی انسان، گزینههای کارامدی محسوب نمیشوند. دستگاه جدید طراحیشده در شرکت اموتیو الیف ساینس با فایق آمدن بر مشکالت پیشین، ارتباطی آسانتر و دقیقتر با رایانه فراهم کرده است. این دستگاه بهراحتی روی سر نصب میشود، ژل رسانا الزم ندارد و از همه مهمتر بیسیم است. در نتیجه به کاربر اجازه میدهد که بهراحتی حرکت کند. قیمت این سیستم نیز حدود 05۲ دالر است که در مقایسه با دستگاههای ثبات پیشین، بسیار ارزانتر است.
به همراه این دستگاه یک نرمافزار نیز ارائه میشود که برای کارهای تحقیقاتی یا کاربری صنعتی و خانگی استفاده میشود. نحوه کار این دستگاه به این صورت است که بعد از راهاندازی نرمافزار، آن بخش از دستوراتی که ماشین
15
نیاز به فراگیری آنها دارد ابتدا توسط کاربر به ماشین آموزش داده میشوند. با توجه به اینکه مغز هر فرد با فرد دیگر متفاوت است، ابتدا شخص به مدت ۸ ثانیه سعی میکند هیچ فعالیت مغزی نداشته باشد؛ در نتیجه، سیگنال نرمال)baseline) مغز فرد در این مرحله ثبت میشود. در مرحله بعد، به فرد گفته میشود که به انجام کار خاصی مانند کشیدن جسمی به سمت خود) که در صفحه نرمافزار نشان داده شده است (فکر کند. دوباره دستگاه، سیگنال مغزی کاربر را در حین تفکر در مورد این کار به مدت ۸ ثانیه ثبت میکند.
بعد از مرحله آموزش، نوبت آزمایش فعالیت میرسد. فرد در این مرحله، سعی میکند تا با فکر کردن در مورد این وظیفه خاص) کشیدن جسم (آن را به سمت خود بکشد. با چند بار آزمون و خطا و تمرین، فرد سرانجام قادر خواهد بود که این کار را انجام دهد. این مورد تنها مثالی از نحوه کار این وسیله است. با گسترش این سیستم، از آن میتوان برای کاربردهای خانگی مانند حرکت دادن صندلی چرخدار معلولین به وسیله حاالت صورت، روشن و خاموش کردن المپها، کنترل ابزار الکترونیکی موجود در خانه و … استفاده کرد.
در بازیهای رایانهای میتوان با توجه به حالت روحی فرد، تنظیم رنگ صفحه نمایشگر و محیط بازی را تغییر داد؛ میتوان ماوس را تنها به وسیله فکر کردن تغییر مکان داد و … . در زمینه صنایع فضایی نیز که در آن فضانوردان تحت تأثیر شرایط محیطی سخت هستند، ایده استفاده از امواج مغزی بهتازگی مطرح شده است. برای مثال، فضانوردان خواهند توانست
16
دستورات را تنها به صورت ذهنی و بدون تأخیر خروجیهای مخفی ـ که جزء شرایط کنترل دستی در حالت جاذبه ناچیز است ـ منتقل کنند.
واسط مغز و رایانه ـ BCI ـ چگونه كار ميكند؟
همزمان با پیشرفت رایانههاي مدرن، دانش ما در مورد مغز انسان نیز بیشتر ميشود و به ساخت برخي از صحنههاي دیدني داستانهاي علمي ـ تخیلي نزدیكتر ميشویم. تصور كنید كه سیگنالها مستقیما به مغز دیگري ارسال شود تا به او توانایي احساس، شنیدن یا دیدن دریافتهاي حسي خاصي را بدهد.
به نیروي بالقوهاي بیندیشید كه ميتواند دستگاهها یا رایانهها را بدون نیاز به هیچ چیز و فقط با فكر كنترل كند. این فقط براي راحتي افراد ناتوان نیست بلكه ایجاد واسط بین مغز و رایانه)interface computer-brain) كه به اختصار BCI گفته ميشود، ميتواند مهم ترین پیشرفت غیرمنتظره تكنولوژي در دهههاي اخیر باشد.
مغز الكتریكي ما
نحوه كار BCI به چگونگي عملكرد مغز ما برميگردد. مغز ما پر از نرون است؛ سلولهاي عصبي بهسیله دندریتها و آكسونها با یكدیگر ارتباط دارند. هرگاه كه ما فكر، حركت یا حس ميكنیم یا چیزي را به خاطر ميآوریم، نرونهاي ما درحال كار هستند. این كار توسط سیگنالهاي الكتریكي كوچكي
17
انجام ميشود كه با سرعتي برابر 25۲ مایل بر ساعت ـ حدود 156 h/km ـ از نروني به نرون دیگر حركت ميكنند] منبع: Walker.] این سیگنالها با انرژي الكتریكي متفاوت توسط یونها روي غشاي هر نرون تولید ميشوند.
اگرچه مسیر این سیگنالها با میلین)myelin) عایقبندي شده است، اما بعضي از سیگنالهاي الكتریكي ميگریزند. دانشمندان ميتوانند این سیگنالها را پیدا كنند، آنها را تفسیر كرده و براي كنترل بعضي از دستگاهها استفاده كنند. براي مثال، محققان ميتوانند تشخیص دهند كه چه سیگنالهایي هنگام دیدن رنگ قرمز به وسیله عصب بینایي براي مغز ارسال ميشود. آنها ميتوانند دوربیني را بسازند كه هنگام مشاهده رنگ قرمز سیگنال مشابهي به مغز ارسال كند تا فرد رنگ قرمز را بدون استفاده از چشمها ببیند.
ورودي وخروجي BCI
امروزه یكي از بزرگترین چالشهاي پیشروي دانشمندان در مورد واسط بین مغز و رایانه، مكانیزم اصلي این واسط است. آسانترین و كمتهاجمترین روش، استفاده از یك دسته الكترود ـ دستگاه ثبت امواج الكتریكي مغز به وسیله برق)EEG) (electroencephalograph) ـ روي پوست سر است. این الكترودها ميتوانند سیگنالهاي مغز را بخوانند. البته جمجمه مانع رسیدن بسیاري از سیگنالهاي الكتریكي به الكترودها ميشود، كه این باعث كج فهمي سیگنالهاي دریافتي است.
18
براي دریافت سیگنالي با وضوح باالتر، دانشمندان ميتوانند الكترودهایي را مستقیما در سلولهاي خاكستري مغز یا روي سطح مغز، زیر جمجمه قرار دهند. این كار اجازه ميدهد تا سیگنالهاي بیشتري را مستقیما دریافت كنیم و همچنین اجازه ميدهد تا الكترودها را در محل خاصي از مغز كه سیگنالهاي مناسب را تولید ميكند، قرار دهیم. این شیوه مشكالت بسیاري دارد؛ چرا كه براي این كار نیاز به یك عمل جراحي است تا الكترودها درون مغز قرار گیرند، به همین دلیل دستگاه براي مدت طوالني درون مغز ميماند كه باعث ایجاد زخم در ماده خاكستري مغز ميشود. در نهایت این بافت زخم مانع عبور سیگنالها ميشود.
صرف نظر از محل الكترودها، ساز و كار اصلي همان است: الكترودها تفاوت جزئي ولتاژ بین نرونها را اندازهگیري ميكنند، سپس سیگنال تقویت و فیلتر ميشود. در سیستمهاي BCI فعلي، این سیگنال توسط برنامه رایانه تفسیر ميشود.
در مورد یك ورودي حسي BCI، عملكرد معكوس است. رایانه تصویري را كه به وسیله دوربین ویدئویي دیده شده است به سیگنالهایي با ولتاژ مناسب تبدیل ميكند. سیگنالها به ایمپلنتي كه به محلي مناسب در مغز قرار دارد ارسال ميشوند و اگر همه چیز درست كار كند، نرونها شروع به ارسال سیگنال ميكنند تا تصویري نظیر آنچه دوربین دیده است دریافت شود.
راه دیگر براي اندازهگیري فعالیت مغز استفاده از MRI است. دستگاه MRI بزرگ و پیچیده است. این دستگاه تصویر بسیار دقیقي از فعالیتهاي مغز ارائه ميكند؛ اما نميتوان آن را به عنوان بخش دائمي BCI استفاده كرد.
19
محققان آن را براي گرفتن معیارهایي درباره عملكرد خاصي از مغز یا پیدا كردن محل مناسب براي نصب الكترودها به كار ميگیرند.
براي مثال، اگر محققان بخواهند در مغز شخصي این الكترودها را قرار دهند تا او بتواند دست مصنوعي خود را با فكر كردن كنترل كند، از MRI استفاده ميكنند. آنها شخص مورد نظر را در MRI قرار ميدهند و از او ميخواهند تا درباره حركت دادن یك دست واقعي فكر كند. MRI نشان خواهد داد كه كدام بخش مغز هنگام حركت دست فعال است و محل مناسب براي نصب الكترودها كجاست.
غشاي انعطاف پذیر
تا مدتها اینگونه تصور ميشد كه مغز افراد بالغ، دیگر دچار تغییر و تحول نميشود. در دهه 122۲، دانشمندان نشان دادند كه مغز انسان حتي در سن پیري نیز قابل تغییر است. این مفهوم، كه غشاي انعطافپذیر) cortical plasticity) نامیده ميشود، به این معناست كه مغز ميتواند به صورت شگفتآوري با شرایط محیطي جدید سازگار شود. چنانچه یك فرد بالغ دچار ضربه مغزي شود، قسمتهاي دیگر مغز ميتواند كارهاي مربوط به بخش آسیب دیده را انجام دهد. چرا این موضوع براي BCI مهم است؟ این به آن معناست كه شخص ميتواند یاد بگیرد BCI را كنترل كند، مغزش ارتباطات جدیدي ایجاد ميكند و نرونهاي جدیدي را به كار ميگیرد. در جایي كه از
21
ایمپلنت استفاده ميشود، مغز ميتواند این جسم خارجي را بپذیرد و ارتباط تازهاي ایجاد كند تا ایمپلنت به عنوان قسمتي از دستگاه عصبي مغز كار كند.
معایب BCI
اكنون ما اصول پایهاي را كه در پشت BCI ها وجود دارند ميدانیم، همچنین ميدانیم كه آنها كامال درست كار نميكنند. دالیل متعددي براي این موضوع وجود دارد.
1 ـ مغز به صورت باور نكردني پیچیده است. این كه گفته شود تمام افكار و فعالیتهاي ما ناشي از سیگنالهاي الكتریكي سادهاي است، یك كتمان حقیقت خواهد بود. در مغز انسان حدود 1۲۲ بیلیون ـ یك با بیست صفر در جلوي آن ـ نرون وجود دارد. هر نرون دائما درحال ارسال و دریافت سیگنالهایي است كه شبكه ارتباطي پیچیدهاي را طي كردهاند.
2 ـ سیگنالها ضعیف و مستعد ایجاد تداخل هستند. EEG ـ دستگاه ثبت امواج الكتریكي مغز ـ ولتاژهاي كم را اندازهگیري ميكند. چیزي بسادگي پلك زدن ميتواند سیگنالهایي بسیار قوي تولید كند. پاالیش EEG ها و ایمپلنتها شاید بتواند این مشكل را تا حدي در آینده حل كند، اما اكنون خواندن سیگنالهاي مغزي مانند گوش كردن یك ارتباط تلفني بد است.
21
3 ـ تجهیزات چندان قابل حمل نیستند. البته این بهتر از كار كردن با رایانههاي غولپیكر اولیه است؛ اما هنوز بعضي از BCI ها به تجهیزات ارتباط سیمي نیاز دارند و آنهایي كه بيسیم هستند نیاز به یك رایانه 1۲ پوندي ـ حدود 5/4 كیلوگرم ـ دارند؛ مانند تمام تكنولوژيها، یقینا این فناوري در آینده بيسیم و قابل حملتر ميشود.
نوآوري در عرصه BCI
چند شركت در زمینه BCI پیشگام هستند. بیشتر آنها، اكنون در مرحله تحقیقاتاند، اگرچه چند محصول تجاري ارائه شده است.
1 ـ سیگنالهاي عصبي یك فناوري پیشرفته براي بازگرداندن توانایي حرف زدن به افراد معلول است. ایمپلنتي كه در منطقه مربوط به سخن گفتن مغز قرار دارد ميتواند سیگنالها را براي رایانه و بعد از آن براي بلندگو ترجمه كند. با آموزش، فرد یاد ميگیرد كه به هر 32 واج انگلیسي بیندیشد و سخنان او توسط رایانه و بلندگو بازآفریني شود.
2 ـ ناسا درحال تحقیق درباره سیستم مشابهي است، البته ناسا سیگنالها را به جاي دریافت مستقیم از مغز، از اعصاب دهان و گلو دریافت ميكند. آنها در انجام جستجوي وب در گوگل با استفاده از تایپ ذهني كلمه» ناسا» موفق بودهاند.
22
3 ـ Cyberkinetics واسط عصبي است كه به معلوالن اجازه ميدهد صندلي چرخدار، اعضاي مصنوعي یا مكان نماي رایانه را به صورت ذهني كنترل كنند BCI. هنوز در اول راه است. ميتوان با این فناوري آیندهاي را تصور كرد كه در آن افراد معلول قادر خواهند بود زندگي طبیعي داشته باشند و براي افراد عادي كنترل بسیاري از دستگاهها فقط با نیروي ذهن امكانپذیر باشد.
گاهی اوقات پیچیدگی مباحثی که در علوم انسانی مطرح می شـود آنقـدر زیـاد اسـت که نمی توان تنها با طرح چند سوال کلی از تمام رازهای موجود پرده بـرداری نمود. شاید برای کسب اطالعات موثق در یک زمیـنه خاص، الزم باشد چندین مقوله مرتبط و در عین حال متفاوت را مـورد بـحث و بررسی قرار دهیم تا بتوانیم به یک جمع بندی عمومی در مـورد مـوضوعی خاص دست پیدا کنـیم.
تحـقیق و بررسی پـیرامون پـاره ای از مـباحث آنقـدر چـالش بــرانگیز است که پاسخ به چند سوال سطحی و پیش پا افتاده کاری از پیش نـخواهد برد. از جمله عنوان های دشوار و پیچیـده عـلمی، بررسی کنش و واکنش های موجود در ذهن و نحوه عملکرد مغز می باشد. به طور روزانه پرسش های متفاوتی در این مورد به ذهن هر بشری خطور می کند. از جمله این معماهای بی پاسخ می توان به موارد زیر اشاره کرد: عملکرد حقیقی مغز به چه صورت است؟ مغز چگونه می تواند کارهای متفاوتی را از لحظه ای به لحظه ی دیگر انجام دهد؟ اجزای داخلی این ارگان چگونه با یکدیگر ارتباط داخلی برقرار می کنند؟
23
این عضو چگونه داده هایی با کیفیت حسی را دریافت نموده و آنها را با دانش و تجربه ی منسجم و منطقی ما از جهان خارج مرتبط می سازد؟
چگونه این قبیل داده های حسی را با قضاوت های آگاهانه و اختیاری همراه ساخته و ما را قادر به استدالل و استنتاج می نماید؟
چگونه احساسات و عواطف را با داده های حسی در می آمیزد؟
مغز چگونه سلسله مراتب کارهایی که ملزم به انجام آن هاست را سازماندهی میکند؟ به عنوان مثال چگونه می تواند توجه ما را به مسئله ای جلب کند؟ سلسله مراتب متمرکز کردن فکر و توجه بر روی مطلبی خاص، بسته به چه ترتیبی در ذهن انجام میپذیرد؟ چه نیرویی در مغز وجود دارد که به ما این
امکان را می دهد تا اشکال را از زمنیه ای که در آن قرار گرفته اند تشخیص دهیم؟
بیشتری نظر بیفکنیم، قطعاً اگر به این سواالت با دقت به این نتیجه می رسیم که باید با توجه باالتری به واکنش های موجود در مغز نگاه کنیم. اگر بخواهیم به طور تفضیلی تر به بررسی عملکرد مغز بپردازیم می توانیم به طور اخص پرسش های ذیل را مطرح نماییم:
مغز چگونه میان رخدادهای ناپیوسته ارتباط ایجاد می کند، چگونه اعمال بالقوه ای را که فرد می تواند در مورد موضوع خاصی انجام دهد را در خود به تصویر می کشد؟ این تجربه ذهنی وابسته به چه منبعی است و از کجا تغذیه می شود؟ این استمرار و پیوستگی یکپارچه و شگرف از کجا نشات می گیرد؟
24
تصاویر مادی و غیر مادی به چه شکل و با استفاده از چه تجهیزاتی در ذهن ثبت میشوند؟ سازماندهی تصاویر ایستا و پویا در کدام بخش از مغز شکل می گیرند؟ چگونه است که حتی اگر سرمان را هم تکان دهیم و نگاهمان را به سمت دیگری معطوف کنیم، باز هم تصاویر قبلی که مشاهده نموده ایم در ذهنمان از پویایی اولیه ی خود برخوردار خواهند بود؟
فرایند رعایت ترتیب و توالی به چه نحوی در مغز رعایت می شود؟ چگونه می توانیم ترتیب رعایت کلمات و یا اعداد و ارقام را در ذهن خود به صورت ثبت شده داشته باشیم؟
“حافظه ی بلند مدت » را کنترل مغز چگونه عملکرد» حافظه ی کوتاه مدت » و
می کند، چگونه می توانیم ایده ای را در ذهن خود نگه داریم و بعد یادمان باشد به چه معنایی است؟ خاطرات درکه در مورد آن باید فکر کنیم؟ حافظه صرفاً
کجا ثبت می شوند؟ یاداوری چیست؟
مغز چگونه می تواند تمام وقایع حتی کوچکترین اتفاق هایی که در سال های بسیار دور برایمان رخ داده اند را در خود ثبت و ضبط کند؟
چگونه است که رد پایی از تمام وقایع در ذهن ما وجود دارد؟) به ویژه اگر یادتان بیاید که دیروز برای نهار چه غذایی میل کرده اید؟(
این ارگان شگفت انگیز چگونه می تواند به کلیه اطالعات محرمانه ای و نهایتاً
که در خود ذخیره کرده، در هر زمانی که الزم باشد بدون نیاز به هیچگونه کد
25
و یا رمز عبوری دسترسی آنی داشته باشد؟ اطالعات در عین حالی که محرمانه هستند به همان اندازه هم در دسترس هستند
! تعجب آور نیست؟
زمان و اهمیت آن
با اتکا به پژوهش های جدید علمی، ثابت شده است که ذخیره سازی اطالعات در مغز تنها با تکیه بر تعداد زیادی نرون
) سلول های عصبی مغزی (مقدور نخواهد بود. البته نقش این یاخته های عصبی در این مورد بخصوص به هیچ وجه قابل اغماض نخواهد بود اما به این صورت هم نیست که تنها با استفاده از نرون ها بتوان وقایع را با سرعت
باالیی ارزیابی نمود و متعاقباً واکنش منحصر بفردی نسبت به آن از خود نشان کامالً داد. واضح است که فعالیت نرونی یکی از شروط الزم برای فعال نگه داشتن عملکرد ذهنی هستند اما باید توجه داشت که به عنوان شرط کافی به حساب نمی آیند و فاکتورهای دیگری در این میان وجود دارند که نقش آنها کمرنگ تر از فعالیت های یاخته های عصبی مغز نیست.
یکی از این عوامل موثر» بازه ی زمانی است. کلیه فعالیت های مغزی با در نظر گرفتن زمان معنا پیدا می کنند. این زمان است که به کلیه ی عناصر ذهنی ما انسجام می بخشد و عکس العمل های مغز را سازماندهی می کند. بدون وجود این سازماندهی زمانی، کلیه فعالیت های فیزیکی و غیر فیزیکی از
26
هم پاشیده می شوند. بد نیست بدانید که انسان ها تنها برای اینکه فقط زنده بمانند –و هیچ کار دیگری هم انجام ندهند -مغزشان باید به صورت همزمان چندین کار متفاوت را با رعایت زمان، تنظیم و تعدیل نماید. برای درک دقیقتر ًاین فرایند باید عنوان کرد که در مرحله ی اول، اطالعات و داده ها منحصرا در هر نرونی کد گذاری می شوند و سپس کلیه ی این اطالعات در یکجا جمع شده و برای بار دیگر یک کد کلی بر روی آنها گذاشته می شود.
به عبارت دیگر می توان گفت که یک تکه ی کوچک داده، باید ابتدا در هر یک از نزون های مرتبط تحلیل و بررسی شود و سپس به طور کلی در امتداد رشته های عصبی قرار گرفته و مجددا. این روند ً مورد ارزیابی واقع شود نوعی همکاری و انسجام همزمان را در مغز طلب می کند. می بایست مکانیزمی برای کنترل بی نقصی هر یک از حلقه های زنجیر رشته ی عصبی -همان نرون ها هستند -که سیگنال های متفاوت را تجزیه و تحلیل می کنند، وجود داشته باشد. نباید این فرایند را دست کم گرفت چراکه ذهن در هر لحظه با شلیک پیاپی اطالعات همراه است و نه تنها باید اطالعات را سازماندهی کند بلکه باید عملکرد بخش های مختلف داخلی خودش را نیز تنظیم نماید. مغز نه تنها موظف است که اطالعاتی را که همین چند لحظه قبل دریافت نموده را به صورت یکپارچه در خود کدبندی نماید، بلکه باید بر روی اطالعات فعلی تمرکز کرده و در عین حال سنسورهای خود را آماده ی دریافت سیگنال های بعدی نیز بکند.
27
دانشمندان متعددی ادعا می کنند که به طور کلی مغز داده های مختلف را بر اساس یک بازه زمانی تحلیل و بررسی می نماید. این فرضیه با نام تئوری الزام زمانی جامعیت پیدا کرده است.
برخی از فعالیت های حیاتی رشته های عصبی موجود در مغز هستند که ما را ناخواسته به سوی یک چنین فرضیه ای هدایت می کنند.
تحقیق و بررسی در مورد تجربیات ذهنی با اتکا به وقایع گذشته خیلی راحت تر انجام می شود تا اینکه بخواهیم دانش خود را با در نظر گرفتن احتماالت آینده و بررسی واکنش ها و رخدادهایی که ممکن است در زمان های آتی با آن مواجه شود، بسنجیم. زمانیکه گیرنده های حسی به واسطه ی یک محرک خارجی برانگیخته می شوند، سیگنال هایی را به نرون ها می فرستند. این لحظه درست زمانی است که یک نرون به وسیله یک محرک خارجی برانگیخته شده است. اما یک چنین تحریکی هیچ گاه به خودی خود برای ایجاد یک نوع کنش بالقوه کافی نیست و تنها با اتکا به تحریک یک نرون نمی توانیم انتظار داشته باشیم که شاهد یک واکنش خارجی بالفعل باشیم.
فعال سازی موفق یک نرون در کنار چیدمان متداول وقایع، عکس العمل های معنادار را در فرد ایجاد می کند.
28
البته ناگفته نماند که کل پروسه ی ذکر شده در زمانی کمتر از ضریب ثانیه اتفاق می افتد. این مقوله را می توان با مثالی در مورد شمارش آرا بیشتر تفهیم نمود. برای شمارش صحیح آراء همیشه دو نفر در جایگاه ویژه ی شمارش قرار می گیرند. برای اینکه هر رای به عنوان یک امتیاز به حساب بیاید، در زمان شمارش هر دوی این افراد باید دست خود را باال نگه دارند، در غیر اینصورت اگر تنها یکی از طرفین صحت رایی را تصدیق کند و دیگری چنین نظری نداشته باشد، آن رای به عنوان یک امتیاز به حساب نخواهد آمد. ارتباط فعالیت نرونی و چیدمان زمانی نیز به همین صورت است.
به عبارت دیگر می توان گفت که نرون ها ردیاب هایی هستند که سیگنال ها را دریافت کرده و سپس با کمک چیدمان زمانی، وقایع منطبق و همرویداد را کشف می کنند و واکنش خارجی را شکل می دهند. به موجب این امر مبحث “زمان “در عملکرد مغز اهمیت بسیار زیادی پیدا می کند و می توان گفت که زمان عنصر انسجام را برای مغز به همراه دارد.
حال از جنبه ی دیگری به این مسئله می پردازیم؛ به این ترتیب که برخی از سیگنال های حسی در یک نقطه انشعاب سیناپسی مدوله شده و به سیگنال های دیگری که در زمان های مختلف به مغز ارسال شده اند می پیوندند.
به این ترتیب کلیه ی سیگنال های حسی این امکان را پیدا می کنند که در آن واحد با سایر سیگنال های موجود ارتباط برقرار کنند.
29
از سوی دیگر سیستم عصبی مغزی نیز این امکان را پیدا می کند که میان داده های حسی، یکپارچگی برقرار کرده و عالوه بر کد گذاری موردی داده ها، آن دسته از اطالعاتی را که در ارتباط با یکدیگر هستند را دسته بندی کرده و واکنش صحیحی از خود نشان دهد. بنابراین می توان گفت که در هر یک از این انشعاب های سیناپسی و در هر بازه ای که در آن رخدادی انتقال می یابد و میان فعالیت نرونی و چیدمان زمانی توازن ایجاد می شود، سیستم عصبی یک
رای دریافت می کند! شاید قدری پیچیده باشد، اما فقط یک چیز می توان گفت: نتیجه ی آن یا دریافت است یا عدم دریافت. این امر بر لزوم تقابل و همسنجی)1زنجیره ی داده سنجی و)2چیدمان زمانی می افزاید و بازه زمانی را بیش از پیش پر اهمیت می کند.
انشعاب سیناپسی را می توان به عنوان دریچه ی بسیار باریکی از احتمال در نظر گرفت که سیگنال های ورودی جدید قادر هستند به صورت تناوبی از آن “عبور”کنند.
اما مطلب مهمی که در این میان باید توجه خاصی به آن مبذول داریم این است که زمانبدی موجود در مغز را می توان از دو جنبه ی زمانبدی موضعی و زمانبندی کلی مورد بررسی قرار داد.
این امر سبب می شود که برقراری ارتباط میان بخش های مختلف مغز به مراتب آسان تر گردد. کوچک ترین خلل زمانی در محیط مغز، سبب عملکرد ناقص و پیدا شدن عیوب متفاوت در مغز می شود. ریشه ی بسیاری از بیماری های مغزی نیز عدم وجود زمانبندی مناسب است که فرایند ایجاد انسجام و یکپارچگی را از مغز سلب می کند.
31
اما متاسفانه هیچ پژوهش و بررسی تا کنون نتوانسته است سیستم اصلی کنترل یک چنین زمانبدی منسجمی را در مغز معین کند و آنرا به عینیت برساند. در هیچ یک از تکنیک های شبیه سازی آزمایشگاهی که حتی “خیال” را در محیط البراتور بازآفرینی کرده اند، باز هم نتوانسته این انسجام زمانی و یکپارچگی را به تصویر بکشند. گمان می رود که کسب اطالعات بیشتر در این زمینه نیازمند مطالعات بیشتری است.
یکی دیگر از عملکرد های شگفت انگیز مغز توانایی آن در ایجاد استمرار و پیوستگی بین وقایع مختلف است؛ بشر هنوز هم برای درک این عملکرد خارق العاده با مشکالت عدیده ای روبروست.
تنها تعریفی که دانشمندان برای این امر ارائه داده اند این است که اظهار می دارند مغز به گونه ای از تکرار و تجدید رخداد های مختلف تصویر برداری کرده و رویداد های باز تکرار شونده و پر بسامد را در خود ضبط می کند و فعالیت های آتی خود ر به مثابه آن سازماندهی می نماید. به اینگونه که اگر در آینده اتفاق مشابهی در زندگی فرد رخ دهد، مغز با استفاده از اطالعاتی که در گذشته در مورد آن موضوع خاص در خود ذخیره کرده، به تحلیل و بررسی موردی پرداخته و واکنش منطقی از خود نشان میدهد
. تکرار برای سازماندهی تجربه های حسی به عنوان جزئی الینفک در نظر گرفته می شود.تکرار همچنین برای آن دسته از فعالیت هایی که مغز به واسطه آن موقعیت خود را از لحظه ای به لحظه ی دیگر حفظ می کند نیز اهمیت دارد.اگر این بخش از مغز دچا ر آسیب شود، فرد با مشکالتی مواجه می شود که از آن به عنوان خلل در “مدیریت موقعیت ها “یاد می شود.مطمئناً
31
این ساختارهای مولد مغز که وظیفه ثبت وقایع تکراری را دارند باید در ذات خود دارای ماهیتی پویا، نافذ و حاوی قابلیت تاثیر گذاری باشند.یعنی همانطور که این ساختار اطالعات حسی و رخدادهای شناختی و منطقی را تحلیل و بررسی می نماید، باید قادر باشد که یک منبع تعدیل و تبدل داخلی را تغذیه کند ًا بعدا
ت بتواند تجربه ی سیگنال ذخیره شده را به عینیت نزدیک کرده و از آن یک عکس العمل خارجی ایجاد کند.این امر کلیت قابل توجهی را در داخل این سیستم ایجاد می نماید که سرشار از انسجام در انجام امور است.
هماهنگی فعالیت های مغزی
تکرار وقایعی که در مغز رخ می دهد وجود فضایی را طلب می کند که در آن منبعی برای ذخیره سازی سیگنال های مرجع وجود داشته باشد.این سیگنال های مرجع به عنوان قالب اصلی تحلیل اطالعات مختلف به شمار می روند. تصور بر این است که یک سری سیگنال های اصلی وجود دارند که مغز با استفاده از آنها سایر سیگنال های متفرقه را ارزیابی می کند.درست مانند حروف الفبا که قالب زبان را تشکیل می دهند و با استفاده از چند حرف محدود می توان بی نهایت کلمه ساخت.
در مغز به هر سیگنال اصلی یک کد داده می شود و سپس رشته های عصبی آنها را داده نگاری می کنند.این سیگنال های کد گذاری شده یک قالب اصلی را مغز ایجاد می کنند که عمده واکنش های مغزی از روی آن الگو برداری
32
می شود.این قالب کلی بر پایه ی بازه زمانی استوار بوده و بر طبق آن از خود واکنش نشان می دهد، دارای یک ساختار موضعی است، همایند گرایی می کند، سیگنال ها را موضع یابی می کند، اطالعات را به بخش های مورد نظر انتقال می دهد، و نهایتا ارادی را به مکانی که ً واکنش های ارادی و غیر
الزم است می فرستد.این قالب اصلی کد گذاری شده وظیفه ی هدایت و سنجش ارتباطات و تعامالت بخش ها و منطقه های مختلف مغز را به عهده دارد.در این مورد می توان مثال گروه ارکستر را بیان کرد.هر یک از نوازنده ها که ساز خاصی را می زنند، به نوبه خود کار منحصر بفردی را انجام می دهند و در بازده کلی کار نقش بی شائبه ای را بازی می کنند.
وظیفه ی هر یک از نوازنده ها با بقیه ی افراد گروه متفاوت است، اما نتیجه کار زمانی مورد پسند واقع خواهد شد که میان آنها یک انسجام و هماهنگی وجود داشته باشد.به همین دلیل نیاز به یک رهبر ارکستر دارند تا فعالیت های کل گروه را به طور همزمان کنترل کرده و آنها را در مسیر درست هدایت
کند.از سوی دیگر هر یک از این نوازنده های سازهای مختلف موظف هستند که خودشان را با یک الگوی کلی و ریتم و توازن عمومی که رهبر ارکستر به آنها القا می کند، مطابقت دهند.
زمانی شاهد یک ساختار موزون و کارامد هستیم که تک تک اجزاء با یکدیگر همکاری داشته باشند.همین فرایند مشابه، در مغز هم جریان دارد.می توانیم به مغز نام” رهبر ارکستر مجازی “را اطالق کنیم.مغز تنها ارگانی است که هم عملکرد سایر اعضا را کنترل می کند و هم می بایست سازماندهی کل اجزای تشکیل دهنده ی خودش را به عهده گیرد.تنها در این حالت است که
33
مغز می تواند از عهده ی کنترل و هدایت بدن به خوبی برآید.حال اگر بخواهیم که جایگاه اصلی این رهبر ارکستر مجازی را در مغز جهت یابی کنیم، می توانیم رهبریت مرکزی آن را در” تاالموس”، این سامانگر مجلل، نقطه یابی کنیم.
این روزها پژوهشگران بر این باورند که تجربیات حسی مکرر و با فراوانی باال قادرند هرگونه تجربه ی حسی جدید، قطعه های داده ای اطالعات و کل فعالیت های منطقی و فعالیت های ویژه ی حرکتی را سازماندهی کنند.
همچنین گمان می رود که عوامل تکرار شونده ی با بسامد پایین مسئول فرماندهی و سازماندهی آن دسته از رویدادهایی هستند که تعداد دفعات تکرارشان پایین است اما به صورت دائمی در طول زمان تکرار می شوند و از استمرار باالیی برخوراد می باشند؛ مانند:کنش ور سازی عمومی بدن و فعال کردن ارگان ها، چرخه خوابیدن و بیدار شدن، و حتی عملکرد سیستم ایمنی بدن و سیستم غدد مترشحه داخلی.
همه روزه نقش فراگیر زمانبدی در فعالیت های مغزی از سوی محققان مورد توجه بیشتری قرار می گیرد
“.ردولفو لیناس “سال ها پیش در رساله ای در مورد این مطلب که “چگونه می توان آگاهی و هشیاری مغز را تشریح کرد “اظهار داشته است که: تالش برای دریافت این مطلب که مغز چگونه کار می کند، امری است که در نگاه اول خیلی بحث برانگیز به نظر برسد؛ چراکه مغز به عنوان یک مرکز
34
فرماندهی به شمار می رود که سازماندهی کل سیستم های عمومی بدن را به عهده دارد.شاید یکی از بخش های سازماندهی سیستم عصبی مغزی، که تصور می شود به طور خاص بر روی عملکرد داخلی مغز کار می کند، پیوند تودردر توی غشای تاالموسی)مایع خاکستری مغزی (است.از دیگر مواردی که در اینجا از اهمیت ویژه ای برخودار می باشد این است که تاالماکورتیکال در چرخه ی نرونی دارای اثر متقابل می باشد.
از این گذشته ارتباط میان حلقه های ویژه و عمده ی تاالموسی حاکی از این امر است که این بخش از مغز نه تنها به عنوان یک دروازه ی عبور برای ورود و خروج اطالعات به داخل مغز مشغول فعالیت است، بلکه تاالموس به
عنوان قطب فرماندهی فعالیت های مغزی به شمار می رود که با استفاده از قشرمغزی)کورتکس( با سایر کورتکس ها ارتباط برقرار می کند “.
“فیلوس ترانس ر.سوک لوند بیول “در از سوی دیگر” رودولفو لیناس “و
رساله ی علمی دیگری تحت عنوان “اساس هشیاری نرونی 22” (نوامبر (122۸توضیح می دهند که:
ممکن است چه اتفاقی روی دهد اگر این برنامه زمانبدی شده ی منسجم مغزی با مشکل مواجه شود؟ ما تجربه جالبی را با مشاهده کودکان ژاپنی برای خود بدست آوردیم.
این کودکان در کلینیک تخصصی بیماری های مغزی بستری بودند.مشکل آنها صرع، تهوع و غش کردن پی تقریبا 5ثانیه قرار گرفن ً بیماری هایی نظیر:
یک کودک از هر 5۲۲۲در معرض نور تابان ریتمیک تلویزیون بود.تقریباً
35
کودک به یک چنین مشکلی مبتال می شود.البته دانشمندان هنوز به اتفاق آرا با این نظر موافق نیستند.آنها چیزهایی در مرود “غش نوری “می دانند و این امر برای مدت ها به این شکل مرسوم بوده است.در جمع بندی چیزی که در
باال گفته شد کامالً واضح است که این موارد بچه های کوچک یک محرک خارجی ریتمیک نمی تواند به وسیله مغز تثبیت شود و در عوض تبدیل می شود به دامنه های نوسان باال و باالتر تا زمانیکه حمله شکل بگیرد و بیماری حالت شدید تری به خود بگیرد و کودک هشیاری خود را از دست بدهد.
با این توصیف می توان به طور کامل متوجه شد که ما تا چه حد فعالیت هایمان به حرکات ریتمیک ذهنمان وابسته است.
تا زمانیکه به سازماندهی قوی مشغول به کار است، هیچ مشکلی احساس نخواهیم کرد اما زمانیکه این مکانیزم از کار می افتد، واقعاً همه چیز خراب می شود و دیگر قادر به انجام هیچ واکنشی نخواهیم بود !البته چنین واماندهی ها و ناتواناهایی ذهنی از جمله پدیده های نادر پزشکی محسوب می شوند.اگر چنین وضعیت یکپارچه ی ذهنی و سیستم کنترل مغزی وجود نداشت، به طور کلی بقای انسان ها از میان می رفت.حتی ظریف ترین اختالل ها در زمانبندی می تواند مشکالتی را با خود به همراه داشته باشد که در نگاه اول غیر قابل درک به نظر برسد و جبران آن نا ممکن باشد.
“آنتونیو داماسیو “در کتاب خود اظهار می دارد که”:هر گونه نقص در مکانیزم زمانبندی به احتمال زیاد می تواند یکپارچگی و یا از هم پاشیدگی و فروپاشی جعلی مغزی را ایجاد می کند.
36
با اتکا به این امر می توانیم اطالعاتی در مورد این مطلب که وقتی افراد بر اثر ضربه ی مغزی دچار اغتشاش و سرگیجه می شوند، بسته به چه عاملی است.الزم به ذکر است که در برخی از عالئم اسکیزوفرنی و سایر بیماری ها اخیرا” دیوید مک کورمیک “که با تیم ً نیز نشانه هایی از آن دیده می شود “.
تحقیقاتی خود سال هاست به طور اخص در مورد تعامل میان کرتکس و تاالموس تحقیق و بررسی می کنند، تصریح می دارد که:
شواهد و مدارک جدید گویای این مطلب هستند که” بی نظمی “باعث ایجاد تغییر و دگرگونی در عملکر نرمال حلقه ی تاالموکورتیکال شده و نهایتاً منجر به ایجاد انواع مختلف اختالالت عصب شناختی می شود.
آیا رمز گشایی این آهنگ موزون و هماهنگ می تواند به ما کمک که متوجه شویم که اساس این اختالالت حرکتی، دردهای مزمن، و یا حتی اختالالت عصب شناختی نادر به چه صورت است؟
یک مدل جدید برای آسیب شناسی روانی
مالحضات فوق الذکر می توانند به عنوان عرصه ی نوینی برای ارائه ی یک مدل کامالً جدید آسیب شناسی روانی به شمار روند.
مدلی که با توجه به کمبودهای موجود در سیستم مغزی شکل می گیرد؛ این مدل توانایی های بیشتری نسبت به انواع مدل های داروشناسی مشابه خود دارد.در مدل های داروشناختی مغز هم به عنوان یکی دیگر از غدد درون ریز به حساب می آید.
37
تئوری قدیمی بر این اصل استوار است که هر گونه اخالل و یا نقصی در ارگان های داخلی بدن)به ویژه غدد مترشحه داخلی( به دلیل کمبود و یا ازدیاد مواد تعدیل کننده ی عصبی ایجاد می شود.به همین دلیل سعی می کنند داروهایی را بسازند که به نحوی این کمبود یا ازدیاد را جبران کند.در آینده ای نه چندان دور چنین مدل های تک بعدی از عملکر مغزی که در آن چیزی پیچیده مانند سندرم تورت Syndrome Touretteبی پاسخ می ماند دیگری خبری نخواهد بود.و مدل های جدیدی که پیچیدگی پدیده شناسی وقایعی را که مغز در هر لحظه در حال تشریح و توضیح آنها ست را با هم منطبق می سازد جایگزین این مدل های تک بعدی می شود که که اعتیاد را به کسری دوپامین مصرفی و افسردگی را به کمبود مصرف سروتین نسبت داده می دهد.
در حال حاضر این مدل جدید در حال بررسی است در مورد مدل های تک بعدی پیشین همین بس که صرفا اتی داشته و تنها می توانند نظر ً جنبه ی تبلیغ
بازار را به خود جلب کنند و بیشتر مورد استفاده ی شرکت های دارو سازی قرار می گیرند و هدفشان مجاب کردن بیماران و خانواده های آنهاست و هیچ اهمیتی به ارتباطی علمی و ایجاد سالمتی در بیماران نمی دهند.یک روانشناس بازاری ممکن است بگوید که شادابی و نشاط یک انسان از میزان دوپامینی تخمین زده می شود که در اطراف مغزش وجود دارد.اما در جایی دیگر یک پروفسور فیزیولوژی اعصاب که رویکردی علمی نسبت به مسائل دارد، در بررسی نقش پروزاک در مغز اظهار می دارد که درمان به وسیله ی پروزا را نمی توان به عنوان یک درمان قطعی در نظر گرفت، پروزاک فقط کاری می کند که مغز در حیطه ی کاربردی تر عمل کرده و در موقعیت بهتری قرار بگیرد.به منظور درک این مطلب باید سعی کنیم که مطالب
38
بیشتری در مورد شیمی اعصاب موجود در مغز بدست آوریم.باید ببینیم که برنامه زمانبدی مغز به چه نحوی سازماندهی می شود و خاصیت بیو مغناطیسی آن به چه صورت است.
کنترلی معموالً افول عملکرد مغز به عنوان یک سیستم به عدم توانایی در میزان کردن، تعدیل و سازماندهی اعمال مختلف نسبت داده می شود.
این افول هم می تواند به دلیل اختالل در دریافت داده هایی که به صورت مکرر و زنجیره وار به مغز ارسال می شوند پدید آید و هم به دلیل بروز اختالل در دریافت سیگنال های ناپیوسته و مجزایی که به صورت متناوب به مغز ارسال می وشند پدید آید.ایده ای که در زیر این فرضیه وجود دارد در حال حاضر مورد توجه کلیه کانون های علمی در سراسر جهان قرار گرفته است.البته باید اظهار داشت که پیشرفت های بالینی متعددی نیز در این زمینه بدست آمده است و تا کنون دانشمندان چندین مدل متفاوت را در مورد آسیب شناسی عصبی ارائه داده اند.
اما در این میان قشر گسترده ای از روانکاوهایی که به روان شناسی سنتی پایبند هستند در حال گرویدن به آخرین مدلی که در باال به آن اشاره کردیمف هستند؛ در این خصوص” جیمز گراتستاین “در مقدمه ای به “الن شورز “با نام
“تاثیرات سازماندهی مغزی و خاستگاههای فردی “اینطور می نویسد که: برای رسیدن به یک درمان قطعی به طور حتم باید اختالالت را در غالب اضطراب نیز بررسی کرد، مانند اختالالت استرسی، ترس، تشویش، مالیخولیا و اختالالت شخصیتی مانند عدم ثبات شخصیتی، وسواس، اسکیزوفرنی)جنون جوانی( و خیلی بیماری های دیگر.هر چه علم به جلو پیش می رود، محققان
39
بیشتر به این نتیجه پی می برند که دلیل ایجاد این بیماری ها از همین عدم وجود تعدیل و تنظیم مغزی نشئت می گیرند.
درمانی مطابق با مدل ارائه شده
در حال حاضر تشخیص داده شده است که علم پزشکی نیاز مبرم به تحقیق و بررسی در مورد سیستم تعدیل و نظم دهی مغزی – گیجگاهی دارد و همین عامل باعث شده که محققان را به این کار واداشته و به واسطه ی آن بتوانند داروهای بهتری را تولید و روانه بازار نمایند و همچنین در عمل های جراحی موفق تر و هدفمند تر عمل کنند.با این وجود باز هم تکنیک هایی هستند که به طور مستقیم مشکل عدم تنظیم مایع مغزی را نشانه می گیرند.در این تکنیک ها مغز را اموزش می دهند که خودش تونایی تنظیم کارهای خودش را به عهده بگیرد.
شالوده ی بنیادین این تکنیک بر پایه این اصل استوار است که با وجود اینکه ممکن است در بسیاری از سیستم ها و مکانیزم ها نقایص و مشکالتی پدید آید اما باز هم سیستم قادر به انجام کارهایی است که تا حدودی بازدهی مثبت در بر دارد.ما هیچ وقت بر این عقیده نیستیم که یک سیستم یا باید از عهده انجام تمام امور موفق بیرون بیاید یا اینکه بهتر است هیچ کاری انجام ندهد.اگر بتوانیم از مغز کوچکترین واکنشی را دریافت کنیم آنرا به عنوان یک موفقیت در نظر خواهیم گرفت.می توانیم بر روی همان واکنش ناچیر و ناقص کار کنیم و در دراز مدت عملکر آن را بهبود بخشیم.این درست همان فرضیه ای است که کل تحقیقات در مورد بازخورد عصبی بر روی آن استوار می باشند. ما واکنش های مداوم مغز را توسط نوار مغزی (EEG (نمونه برداری می
41
کنیم و بعد سعی می کنیم که آنرا به چالش واداریم تا عملکر خود را به صورت مشخصی تغییر دهد و EEG بعدی متفاوت تر باشد.
در هر موردی که مغز توانست نسبت به آن موقعیتی که ما می خواهیم خودش را نزدیک تر کرده و واکنش درست نشان دهد، بیمار را تشویق کرده و به او پاداش می دهیم تا با این کار احتمال تکرار مجدد را افزایش داده باشیم.
از این اصل به عنوان “قانون تاثیر پذیری “تورندیکز یاد می شود و زیر بنای اصلی روانشناسی بالینی مدرن نیز بر روی همین اصل استوار است.به مرور زمان مغز رفتارهای جدید را یاد می گیرد و به مثابه آن ما شاهد آن هستیم که رفتارهای ارگانیسمیک هماهنگ تری را از خود بروز می دهد.شواهد بالینی بسیار زیادی پیدا شده اند که گواه کارامد بودن این رویکرد هستند.البته تحقیقات در این زمینه از وسعت زیادی برخوردار است اما موارد، مشابهت
های زیادی با هم ندارند.محققان با توجه به تست های آموزشی EGGکه واکنش مغزی را را در مراحل مختلف فرایند بهبودی ثبت می کنند،اطالعات زیادی را بدست آورده اند.چنین تاثیرات بالینی به ما هشدار می دهد که باید چهارچوب بحث آسیب شناسی اعصاب را تغییر داده و راه درمانی را انتخاب کنیم که هماهنگ و سازگار با مشکل مغزی باشد که بیمار با آن دست و پنجه نرم می کند.
با این وجود هنوز هم در ک ما از سیستم عملکرد مغزی و نرم افزارهای موجود درمغز کامل نیست و تنها راه رسیدن به نتجیه کمک گرفتن از نرم افزارهای موجود در داخل مغز است
41
.این امر ما را هدایت می کند به سمت بازگشایی امکانات جدیدی که چیزی جز سالمتی درمان برخی از اختالالت درمان نشدندی و مشکل آفرین برای جامعه را در بر نخواهد داشت.
ثبت فعالیتهاي الكتریكي مغز (EEG (با اغتشاشات داخلي و خارجي زیادي همراه است كه از جمله آنها آرتیفكتهاي چشمي هستند كه در اثر فعالیت الكتریكي چشم،همزمان با سیگنالهاي مغزي ثبت ميشوند.به علت زیاد بودن دامنه آرتیفكتهاي چشمي نسبت سیگنالهاي مغزي،روشهاي زیادي براي كاهش اثر آنها ارائه شده است كه در این مقاله ميكوشیم به بررسي دو روش فیلتر خطي باال گذر و فیلترهاي
تطبیقي با الگوریتم RLS
بپردازیم.
42

در این تحقیق برای کاهش اثر EOG در EEG به روش فـیـلـتـر خـطـی، از یک فیلتر بالا گذر IIR با مرتبه 5 و فرکانس قطع 1۲ هرتز و برای کاهش اثر آن به روش فیلتر تطبیقی از یک فیلتر مرتبه 12 با فـاکـتـور فـرامـوشـی 2221/۲ اسـتـفاده شده است. کاهش اثر آرتیفکت های چشمی با روش فیلتر تطبیقی نسبت به فیلتر خطی بالاگذر نتایج بهتری را نشان می‌دهد چرا که حذف دادگان در ایـن روش نـسبت به فیلتر خطی بالاگذر کمتر است.
43

سیگنال‌های مـغزی EEG (ضعیف‌ترین و اغتشاش پذیر ترین سیگنال‌های حیاتی هستند چـرا کـه بـا کوچک‌ترین تغییر در حالت بدن، آرتـیـفـکتهای مختلفی به آنها اضافه خواهد شـد. در سیگنال‌های مـغـزی 2 نـوع آرتـیفکت وجـود دارد. آرتیفکـتهـای بیـولـوژیـک کـه شـامـل آرتیفکـتهـای)EMG پتانسیل‌های عضالنی(،) ECG پتانسیل‌های قلبی( و) EOG پتانسیل‌های چشمی(هستند و … که همگی در اثر فعالیت‌های طبیعی بدن رخ می‌دهند و آرتیفکتهای خارجی، که خارج از بدن رخ می‌دهند و با سیگنال ثبت می‌شوند. مانند فرکانس برق شهر، فرکانس یک دستگاه الکتریکی که در محل ثبت سیگنال یا حرکت الکترودها. حذف یا کاهش چشم گیر این آرتیفکتها امری ضروری است چرا که وجود آرتیفکتها در سیگنال‌های مغزی می‌تواند منجر به تحلیل نادرست توسط پزشک شود. موضوع اصلی این مقاله کاهش اثر آرتیفکتهای چشمی است.
سیگنال‌های چشمی (EOG (در اثر اختالف پتانسیل میان شبکیه و قرنیه چشم به وجود می‌آیند. در واقع فعالیت الکتریکی چشم را می‌توان همانند یک دو قطبی الکتریکی در نظر گرفت که قطب مثبت آن قرنیه و قطب منفی آن شبکیه چشم است. حرکات چشم) پلک زدن، حرکت عمودییا حرکت افقی( علت اصلـی بـه وجود آمدن این اختالف پتانسیل است. سیگنال‌های چشمی به دو حالت عمودی (VEOG (که در واقع پلک زدن و حالت افقی(HEOG (که حرکت چشم به طرفین است، به وجود می‌آیند.

44

تمام مولفههای سیگنال EOG به جز پلک زدن دارای فرکانس بسیار پایین در حد کمتر از 5 /. هرتزهستد. به همین دلیل برخی HEOG را سیگنالی DC قلمـداد می‌کنند. پس عمال آنچه به عنوان آرتیفکت در EEG دیده می‌شود، حرکات عمودی چشم یا در واقع پلک زدن است. این آرتیفکتها معموال در الکترودهای که نزدیک لب فرونتال هستند با وضوح بیشتری در سیگنال‌های مغزی دیده می‌شوند. پلک زدن در فرکانس پایین ولی با دامنه نسبتاً باال اتفاق می‌افتد که به سادگی به علت دامنه زیاد نسبـت بـه EEG قـابـل تشخیـص اسـت. در ایـن مقاله می‌کوشیم به حذف هر دو مولفه سیگنال‌های چشمی بپردازیم. تا کنون روش‌های گوناگونی برای حذف آرتیفکتهای پلـک زدن از سیگنال‌های مغزی ارایه شده است که می‌توان از جمله به: رگرسیون تـبـــدیـــل)،Advanced Regression) Method پیشرفته موجک Transition Wavelet ، فیلترهای تطیبقی Adaptive(
(Filtering و فیلترهای خطی Filter Linear اشاره کرد. از دید مقایسه، روش فیلتر تطبیقی با توجه به نیاز روش‌های رگرسیون پیشرفته به کالیبراسیون اولیه به منظور تعیین تابع تبدیل بین هر کانال EEG و EOG و همچنین کاربردهای زمان واقعی فیلترهای تطبیقی نسبت به روش‌های رگرسیون پیشرفته مناسب‌تر ارزیابی شده است. سادگی پیاده سازی سخت
45
افزاری فیلترهای خطی نسبت به سایر روشها نیز دلیلی برای استفاده پرکاربرد در دستگاه‌های پزشکی شده است.
روشها و مواد
فیلتر بالاگذر
فیلتـر بالاگذر یـک نـوع از فیلتـرهـای خطی است که به مولفههایی که فرکانسشان بیشتر از فرکانس قطع (Fc (باشد اجازه عبور می‌دهد. در واقع این فیلتر موجب حذف مولفههای DC و مولفههایی که فرکانسشان از فرکانس قطع کمتر است، می‌شود. این فیـلترها به علت پیـادهسازی سخت افزاری در دستگاه‌ها مورد توجه قرار دارند. هرچه میزان صفر و قطبهای فیلتـرهـای خطـی بیشتـر بـاشـد، عملکرد بهتری خواهند داشت. البته افزایش مرتبه فیلتر ممکن است منجر به ناپایداری فیلتر بشود. تعداد صفر و قطبهای یک فیلتر را می‌توان از تابع تبدیل زیر آن به دست آورد.

فیلتر تطیبقی: (Filtering Adaptive(
این روش بر مبنای) Regression تخمین زدن( آرتیفکـت در سیگنـال است. بلوک دیاگرام این روش در شکل 1 آمده است hv. یک فیلتر FRI با طول M و فاکتور فراموشی الندا است. این روش به سیگنال به اندازه 1- M تاخیر وارد می‌کند سپس آن را در ضرایبی ضرب می‌کند. به ازای ضرب سیگنال، در هــر لـحـظـه خطـای بیـن آرتیفکـت تخمـیـن زده و آرتـیـفکت مرجع
46
محاسـبه می‌شود. زمانی که این خطا به مقدار قابل قبولی رسید این الگوریتم متوقف می‌شود و آرتیفکت تخمین زده شده از سیگنال خام کم می‌شود. از بین الگوریتم‌های استفاده شده برای کاهش اثر EOG در EEG الگوریتم RLS به دلیل پایداری و همچنین سرعت مناسب همگرایی نسبت به دیگر الگوریتم‌ها مانند LMS از مقبولیت بیشتری برخوردار است.

فیلتر بالاگذر

همانگونه که در مقدمه گفته شد، تداخل‌های سیگنال‌های چشمی به وضوح در سیگنال‌های مغزی قابل رویت اند. در این تحقیق، از یک فیلتر IIR بالاگذر پایدار با فاز غیر خطی و مرتبهٔ 5 با فرکانس قطع 1۲ هرتز، استفاده شده و به جای اعمال فیلتر به تـمـام سیگنال، فیلتر به بازه هایی از سیگنال که حاوی آرتیفکت بوده اند، اعمال شده است. بدین ترتیب حذف بخش مهمی از دادگان آلفا که در تمام سیگنال مغزی وجود دارند، تنها محدود به
47
حذف بخشی از دادگان شده است که هم پوشانی فرکانسی با تداخل‌های چشمی دارند.
در جدول 1 می‌توان مقادیر a و b تابع تبدیل فیلتر را مشاهده کرد.
فیلتر تطبیقی – فیلتر تطبیقی RLS، فیلتری FIR است که همین امر سبب پایداری آن می‌شود. در فیلترهای RLS تعیین دو پارامتر مهم است. فاکتور فراموشی و طول فیلتر. تعیین فاکتور فراموشی وابسته به تعداد نمونه‌ها است چرا که از رابطه به دست می‌آید و N تعداد نمونه‌های سیگنال است. لاندا مقداری بین صفر تا یک دارد.
تعداد نمونه‌ها در این تحقیق ۸۲۲ است. پس فاکتور فراموشی برابر با 2221/۲ خواهد بود. البته شایان ذکر است که تعیین دقیق فاکتور فراموشی خیلی ضروری نیست. طول فیلتر به صورت تجربی به دست می‌آید و از قاعده خاصی تبعیت نمی‌کند. برای تخمین سیگنال EOG در EEG از فیلترهای با مقادیر مختلف 12، 6، 3، 1 استفاده می‌شود. هرچه طول فیلتر بیشتر باشد، عملکرد فیلتر بهتر و تخمین دقیق‌تر خواهد بود چرا که میزان SNR سیگنال تخمین زده EOG به سیگنال EEG به SNR واقعی نزدیک‌تر خواهد بود. البته با افزایش طول فیلتر، ریزپردازنده به زمان بیشتری برای تخمین آرتیفکت نیاز دارد که این امر با توجه به استفاده زمان واقعی این روش برای تخمین آرتیفکت، امری منفی به شمار می‌رود. در این تحقیق ازیک فیلتر با طول
12 استفاده شده است. وزنهای فیلتر استفاده شده در این تحقیق در جدول 2 آمده است.
48
منابع
1-
MINIMIZATION BASED ON REGRESSION ANALYSIS” Technical Report SIESTA 2-Getha, G., gethalakshi, S.N.,2۲11,” Scrutinizing different techniques for artifact removal from EEG signals”,International Journal of Engineering Science and Technology (IJEST)(Vol.3) 3-Hendrik, J.,2۲۲0,” EEG Signal Processing”, T-61.1۸1 Biomedical Signal Processing 4-He, P., Wilson, G., Russell, C.,2۲۲4,” Removal of ocular artifacts from electro-encephalogram by adaptive filtering”, Medical & Biological Engineering & Computing(Vol. 42)
49
5- حافظی مطلق، ناصر.، خلیل زاده، محمد علی.، مـقیـمی، عـلی.،13۸0 ، “حذف آرتیفکتهای پلک زدن از سیگنال: EEG مقایسه دو روش PCA و فـیـلـتــر تـطـبـیـقــی”، هـفــدهـمیـن کنفرانس مهندسی پزشکی
6-Young, S.S.,2۲۲1,” Computerized data acquisition and analysis for the life sciences”,