تحولی در علوم اعصاب؛ ثبت لحظه‌ای امواج مغزی و کلید رمزگشایی از فعالیت‌های پنهان مغز با EEG

زهرا وجدانی: در دنیای پیشرفته‌ی علوم اعصاب و شناختی، بررسی عملکرد مغز و نحوه پردازش اطلاعات در این عضو حیاتی، یکی از چالش‌های اساسی محققان و دانشمندان محسوب می‌شود. از آنجایی که مغز، مرکز فرماندهی بدن انسان است، درک دقیق فعالیت‌های آن می‌تواند به تشخیص، درمان و حتی پیشگیری از بسیاری از بیماری‌های عصبی و شناختی کمک کند. یکی از روش‌های مهم برای مطالعه‌ی فعالیت مغزی، الکتروانسفالوگرافی (EEG) است که امکان ثبت سیگنال‌های الکتریکی مغز را فراهم می‌آورد. این روش به دلیل غیرتهاجمی بودن، دقت بالای زمانی و امکان استفاده در شرایط مختلف، در پژوهش‌های علوم شناختی، تشخیص اختلالات مغزی و حتی کاربرد‌های درمانی و صنعتی، مورد استفاده گسترده قرار گرفته است.

یکی از مراکزی که به‌طور تخصصی در این حوزه فعالیت دارد، "آزمایشگاه ملی نقشه‌برداری مغز" است که با بهره‌گیری از فناوری‌های پیشرفته، به ثبت و تحلیل داده‌های EEG می‌پردازد. در این گزارش، به بررسی روند ثبت سیگنال‌های مغزی در این آزمایشگاه، کاربرد‌های مختلف آن و نقش این فناوری در آینده‌ی علوم اعصاب می‌پردازیم. همچنین در گفت‌وگویی اختصاصی با حمیده نوروزی، کارشناس بخش پردازش و ثبت سیگنال EEG، اطلاعات دقیق‌تری درباره فعالیت‌های این مرکز و چشم‌انداز‌های پیش رو ارائه می‌شود. 

الکتروانسفالوگرافی (EEG)؛ دریچه‌ای به دنیای ذهن

مغز انسان از میلیارد‌ها نورون تشکیل شده است که با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و پردازش اطلاعات را انجام می‌دهند. این نورون‌ها از طریق سیگنال‌های الکتریکی با هم تبادل اطلاعات می‌کنند. هنگامی که تعداد زیادی از این نورون‌ها به‌طور همزمان فعال شوند، می‌توان مجموع این فعالیت‌ها را به‌صورت سیگنال‌های الکتریکی سطحی از روی جمجمه ثبت کرد.

فعالیت نورون‌ها در سیستم اعصاب مرکزی به‌واسطه‌ی پالس‌های الکتریکی انجام می‌شود. این سیگنال‌های الکتریکی، که به‌صورت پتانسیل‌های پس‌سیناپسی در تعداد زیادی از نورون‌ها رخ می‌دهند، می‌توانند با استفاده از الکترود‌هایی که روی پوست سر قرار می‌گیرند، ثبت و تحلیل شوند. نتیجه‌ی این فرآیند، سیگنالی به نام الکتروانسفالوگرام (EEG) است که تغییرات فعالیت مغزی را با دقت بالا در مقیاس میلی‌ثانیه‌ای نمایش می‌دهد.

در آزمایشگاه ملی نقشه‌برداری مغز، ثبت EEG طی چندین مرحله‌ی دقیق و علمی انجام می‌شود. این مراحل شامل انتخاب الکترود‌های مناسب، تنظیم دقیق موقعیت آنها بر روی جمجمه، ثبت داده‌ها و پردازش سیگنال‌ها است.

نوروزی درباره‌ی فرآیند ثبت EEG در این مرکز می‌گوید: «ما از کلاه‌های استاندارد EEG استفاده می‌کنیم که دارای ۳۲، ۶۴ و حتی ۱۲۸ کانال هستند. این کلاه‌ها مطابق با سیستم بین‌المللی ۱۰-۲۰ طراحی شده‌اند تا بتوانند سیگنال‌های مغزی را از نقاط خاصی ثبت کنند. بسته به نوع پژوهش و میزان دقت موردنیاز، از تعداد کانال‌های مختلفی استفاده می‌شود. برای مثال، در مطالعاتی که نیاز به تحلیل دقیق نواحی مختلف مغز دارند، از EEG ۱۲۸ کاناله استفاده می‌شود که اطلاعات بسیار دقیقی را ارائه می‌دهد.»

پس از تنظیم کلاه EEG، الکترود‌ها به یک دستگاه ضبط متصل شده و سیگنال‌های الکتریکی مغز با دقت میلی‌ثانیه‌ای ثبت می‌شوند. این داده‌ها سپس توسط نرم‌افزار‌های تخصصی تحلیل شده و نویز‌های احتمالی ناشی از حرکات بدن، پلک زدن یا سیگنال‌های عضلانی حذف می‌شوند.

کارشناس بخش پردازش و ثبت سیگنال EEG در این رابطه توضیح می‌دهد: «یکی از مهم‌ترین چالش‌های ثبت EEG، وجود نویز‌های محیطی و سیگنال‌های غیرمرتبط است. برای حل این مشکل، ما از روش‌های پیش‌پردازش داده‌ها، فیلترگذاری و تحلیل طیفی استفاده می‌کنیم. این فرآیند‌ها به ما امکان می‌دهند تا سیگنال‌های مغزی را با وضوح بالاتری بررسی کنیم.»

کاربرد‌های EEG؛ از پژوهش‌های شناختی تا تشخیص اختلالات مغزی

EEG در حوزه‌های مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد که برخی از مهم‌ترین آنها عبارتند از:

۱. تحلیل عملکرد شناختی مغز

EEG ابزار بسیار مفیدی برای مطالعه‌ی فرآیند‌های شناختی مانند توجه، حافظه، یادگیری و تصمیم‌گیری است. پژوهشگران می‌توانند با ثبت EEG در حین انجام یک تکلیف شناختی، بررسی کنند که چگونه فعالیت مغزی در پاسخ به چالش‌های مختلف تغییر می‌کند.

۲. تشخیص و پایش اختلالات مغزی

EEG در تشخیص و نظارت بر بسیاری از اختلالات عصبی و شناختی نقش حیاتی دارد. برخی از مهم‌ترین موارد استفاده شامل:

صرع: شناسایی کانون‌های تشنج و بررسی تغییرات مغزی پیش از وقوع حمله‌ی صرعی

- ADHD و اوتیسم: بررسی الگو‌های غیرعادی فعالیت مغزی در کودکان مبتلا 

- افسردگی و اضطراب: تحلیل تفاوت‌های الکتروفیزیولوژیکی در بیماران مبتلا به مشکلات روانشناختی

 
۳. مطالعه‌ی خواب و اختلالات آن

ثبت EEG در طول خواب، اطلاعات ارزشمندی درباره‌ی مراحل مختلف خواب، کیفیت خواب و مشکلاتی مانند بی‌خوابی یا آپنه خواب ارائه می‌دهد.

۴. نوروفیدبک و بهبود عملکرد مغزی

در روش نوروفیدبک، افراد یاد می‌گیرند چگونه فعالیت مغزی خود را کنترل کرده و الگو‌های غیرطبیعی را اصلاح کنند. این روش برای بهبود تمرکز، کاهش استرس و درمان برخی اختلالات شناختی به‌کار می‌رود.

۵. توسعه‌ی رابط‌های مغز و کامپیوتر (BCI)

EEG یکی از کلیدی‌ترین فناوری‌ها در طراحی رابط‌های مغز و کامپیوتر (BCI) است. این سیستم‌ها به افراد دارای ناتوانی‌های حرکتی اجازه می‌دهند تا از طریق سیگنال‌های مغزی، پروتز‌های هوشمند یا رایانه را کنترل کنند.

روند ثبت و تحلیل سیگنال EEG در آزمایشگاه ملی نقشه‌برداری مغز

در آزمایشگاه ملی نقشه‌برداری مغز، فرآیند ثبت EEG طی چند مرحله انجام می‌شود. نوروزی در این رابطه توضیح می‌دهد: «ابتدا فرد مورد آزمایش، کلاهی مجهز به الکترود‌های مخصوص را بر سر می‌گذارد. سپس این الکترود‌ها به دقت تنظیم و کالیبره می‌شوند تا سیگنال‌های مغزی را با کمترین نویز دریافت کنند. در طول آزمایش، ممکن است فرد در حال مشاهده‌ی یک تصویر، گوش دادن به یک صدا یا حتی در حالت استراحت باشد.»

پس از ثبت سیگنال، داده‌ها وارد سامانه‌های پردازشی پیشرفته شده و تحلیل‌های لازم روی آنها انجام می‌شود. این تحلیل‌ها شامل فیلتر کردن نویزها، پردازش سیگنال و استخراج ویژگی‌های کلیدی است که اطلاعات ارزشمندی درباره‌ی فعالیت مغزی ارائه می‌دهند.

ترکیب EEG با روش‌های دیگر؛ دقت بیشتر در پژوهش‌های مغزی

یکی از ویژگی‌های متمایز این آزمایشگاه، امکان ترکیب EEG با سایر روش‌های تصویربرداری است. کارشناس بخش پردازش و ثبت سیگنال EEG می‌گوید: «ما در این مرکز، ثبت EEG را با روش‌هایی مانند تصویربرداری تشدید مغناطیسی (fMRI) و تحریک مغزی (TMS) ترکیب می‌کنیم. این کار به ما اجازه می‌دهد تا علاوه بر ثبت فعالیت الکتریکی مغز، تغییرات همودینامیک آن را نیز تحلیل کنیم و اطلاعات جامع‌تری به‌دست آوریم.»

فناوری‌های نوین در ثبت EEG؛ کلاه‌های بی‌سیم و ثبت چند نفره

یکی دیگر از امکانات پیشرفته این مرکز، استفاده از کلاه‌های EEG بی‌سیم است. نوروزی در این زمینه توضیح می‌دهد: «کلاه‌های بی‌سیم، آزادی عمل بیشتری را برای آزمودنی‌ها فراهم می‌کنند. این ویژگی به‌ویژه برای افراد دارای اختلالات حرکتی، کودکان و حتی ورزشکاران مفید است. آنها می‌توانند بدون محدودیت حرکت، در محیط‌های طبیعی‌تری مورد آزمایش قرار گیرند.»

همچنین، این آزمایشگاه قادر است به‌صورت همزمان سیگنال EEG چند نفر را ثبت کند. این قابلیت که با عنوان هایپراسکن (Hyperscanning) شناخته می‌شود، برای بررسی تعاملات اجتماعی و پردازش‌های گروهی مغز بسیار کاربرد دارد.

چشم‌انداز آینده؛ EEG و تأثیر آن در علوم شناختی و فناوری

با پیشرفت فناوری، EEG نقش پررنگ‌تری در حوزه‌های جدیدی همچون بازاریابی عصبی (Neuromarketing)، هوش مصنوعی و واقعیت مجازی (VR) پیدا کرده است.

پژوهشگران در حال بررسی هستند که چگونه سیگنال‌های مغزی می‌توانند در تحلیل تصمیم‌گیری‌های اقتصادی، تعاملات انسانی و حتی طراحی رابط‌های کاربری هوشمند مورد استفاده قرار گیرند.

کارشناس بخش پردازش و ثبت سیگنال EEG در پایان تأکید می‌کند: «تحقیقات EEG نه‌تنها به ما کمک می‌کند که اختلالات مغزی را بهتر درک کنیم، بلکه می‌تواند زمینه‌ساز طراحی فناوری‌هایی باشد که مغز و ماشین را به هم متصل کند. ما در تلاشیم تا با استفاده از این داده‌ها، راهکار‌هایی برای بهبود کیفیت زندگی افراد، به‌ویژه بیماران مبتلا به اختلالات عصبی، ارائه دهیم.»

آزمایشگاه ملی نقشه‌برداری مغز با استفاده از فناوری‌های پیشرفته‌ی EEG، زمینه‌ی مناسبی برای پژوهش‌های علمی، پزشکی و صنعتی فراهم کرده است. این مرکز، نه‌تنها در تشخیص و درمان اختلالات مغزی نقش دارد، بلکه با ترکیب EEG با سایر روش‌های تصویربرداری و تحلیل داده، به درک عمیق‌تری از فعالیت مغز دست یافته است. بدون شک، این فناوری در آینده‌ای نزدیک، تأثیر بسزایی در علوم شناختی، پزشکی و حتی فناوری‌های هوشمند خواهد داشت.

انتهای پیام/