شناسایی فعالیت نورون‌های مغز در سیگنال‌های نوار مغزی
رپورتاژ
شناسایی فعالیت نورون‌های مغز در سیگنال‌های نوار مغزی
حتما تاکنون اسم نورون به گوشتان خورده است. توانایی انسان در درک محیط پیرامون خود مانند شنیدن، لمس کردن و… به سیستم عصبی فرد بستگی دارد. سیستم عصبی خود به دو بخش سیستم عصبی محیطی و مرکزی تقسیم می‌شود. سیستم عصبی مرکزی شامل مغز و نخاع می‌شود و سیستم عصبی محیطی شامل ساختارهای عصبی خارج از سیستم عصبی مرکزی می‌شود. برای بررسی فعالیت بخش‌های مختلف سیستم عصبی مرکزی که در مغز قرار دارد، باید از فرد نوار مغزی گرفته شود. در نوار مغزی سیگنال‌های الکتریکی مغز اندازه‌گیری شده و توسط دستگاهی ثبت می‌شود. برای مطالعه بیش‌تر در مورد ساختار پایه عصبی و ارتباط آن با نوار مغز با تریتا همراه باشید.
نورون چیست و چه وظایفی دارد؟
در ابتدا برای درک بهتر ساختار سیستم عصبی بهتر است بفهمیم نورون چیست و چه وظایفی دارد. سیستم عصبی به طور کلی از سلول‌های عصبی به نام نورون تشکیل شده‌اند. نورون‌ها مسئول انتقال اطلاعات به بخش‌های مختلف بدن هستند. می‌دانیم بدن انسان همواره در حال انجام فعالیت‌های گوناگون و مستقل از هم است. در همین راستا بدیهی است که تنها یک نوع نورون نداشته باشیم و چندین نوع نورون در بدن وجود داشته باشد. نورون‌ها را بر اساس نقشی که دارند، می‌توان به سه دسته تقسیم کرد: ۱) نورون‌های حسی ۲) نورون‌های حرکتی ۳) نورون‌های رابط
همانطور که از اسم نورون‌های حسی معلوم است، وظیفه‌اش جمع‌آوری اطلاعات مربوط به حواس انسان و آنچه پیرامون فرد می‌گذرد است. این اطلاعات به سیستم عصبی مرکزی بدن رفته و در آن‌جا پردازش‌هایی روی آن انجام می‌شود. نورون‌های حرکتی نیز، دستورات داده شده توسط مغز را به اندام‌ها و غدد منتقل می‌کند. برای مثال اگر چکشی به دست شما ضربه‌ای وارد کند، مغز شما پیامی را ارسال می‌کند که ناحیه ضربه دیده را مالش دهید و این پیام توسط نورون‌های حرکتی انجام می‌شود. نورون‌های رابط فقط در سیستم عصبی مرکزی یافت می‌شود و وظیفه اش انتقال اطلاعات از نورونی به نورون دیگر است. در واقع نورون رابط اطلاعات را از نورون‌های حسی یا رابط دیگری دریافت می‌کند یا اطلاعات را به نورون‌های حرکتی یا رابط دیگری منتقل می‌کند.
ساختار نورون چیست؟
حال می‌پردازیم به اینکه ساختار نورون چیست؟ نورون مانند سایر سلول‌ها دارای جسم سلولی و هسته‌ای در آن است. به طور کلی نورون از جسم سلولی، هسته، دندریت و آکسون تشکیل شده است. وظیفه دندریت دریافت و پردازش اطلاعات ورودی است. مجموع اطلاعات ورودی می‌تواند منجر به تولید سیگنال مهاری یا تحریکی شود. آکسون محلی است که پتانسیل عمل در آن تولید و منتشر می‌شود. پس از تولید پتانسیل عمل، این تحریک در طول آکسون حرکت می‌کند و پس از رسیدن به انتهای آن، موجب آزادسازی نوروترنسمیترها می‌شود.
نوار مغزی چیست؟
در مرحله بعد، برای درک ارتباط نورون‌ها با سیگنال‌های مغزی، باید با مفهوم ابزار اندازه‌گیری آن یعنی نوار مغز آشنا شد. سلول‌های مغز به واسطه پالس‌های الکتریکی با هم در ارتباط هستند و همیشه نیز فعال هستند حتی وقتی خواب هستید. این فعالیت‌ها با خطوط موجی شکل در نوار مغز به نمایش در می‌آیند. در نتیجه نوار مغز یا الکترواسنفالوگرام (EEG) آزمایشی است که فعالیت‌های الکتریکی مغز را به وسیله دیسک‌ها فلزی به نام الکترود که روی جمجه قرار دارد، تشخیص می‌دهد. EEG یکی از اصلی‌ترین آزمایش‌ها در تشخیص صرع و سایر مشکلات مغزی مانند تومورهای مغزی، سکته، عفونت مغز و… است.
انواع آزمایشات مغز چیست؟
آزمایش نوار مغز، انواع متفاوتی دارند. از جمله آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- نوار مغز روتین
نوار مغز معمولی است که گاها مسئول این بخش، از شما بخواهد نفس‌های متفاوتی بکشید یا به جایی روشن خیره شوید.
- نوار مغز طولانی
این تست بیش‌تر از یک ساعت و یا در بعضی شرایط چندین روز به طول می‌انجامد. پزشکان از این آزمایش برای تشخیص یا مدیریت اختلالات تشنج استفاده می‌کنند.
- نوار مغز سیار
در این نوع سنجش، شما به فعالیت‌های روزمره خود رسیدگی می‌کنید؛ در حالی که الکترودهای به دستگاه کوچک ثبت نوار مغز متصل هستند. اگر در لحظه دچار تشنج یا مشکل دیگری شود، پزشک به دنبال ثبت سیگنال‌های مغزی مختص آن است.
- نوار مغز ویدیویی
تفاوت این نوع سنجش با سنجش روتین صرفا در ضبط ویدیو از فرد در حین آزمایش است. در همین راستا اگر فرد دچار مشکلی شد، این ویدیو به پزشک در آگاهی از اتفاقات که حین مشکل رخ می‌دهد، کمک می‌کند.
- نوار مغز در حالت خواب
چنانچه نوار مغز روتین نتواند اطلاعات درستی را پزشک معالج شما بدهد، این سنجش در زمانی که خواب هستید انجام خواهد شد.
همانطور که قبلا گفته شده بود، نوار مغزی شامل چندین شکل موجی هستند که بیانگر کاهش یا افزایش سطح ولتاژ قسمت‌های مختلف مغز است. به طور کلی این موج‌ها از چندین موج تشکیل می‌شوند. این موج‌ها عبارتند از:
موج دلتا که بین ۰.۵ تا ۴ هرتز است.
موج تتا که بین ۴ تا ۸ هرتز است.
موج آلفا بین ۸ تا ۱۲ هرتز است.
موج بتا که بین ۱۲ تا ۳۵ هرتز است.
موج گاما که بش از ۳۵ هرتز است.
امواج مغزی تنها از یکی از این موج‌ها تشکیل نمی‌شود و ترکیبی از آن‌ها است ولی هر سیگنالی یک موج غالب دارد که بیانگر میزان و شدت فعالیت آن ناحیه است. هر کدام از این موج‌ها در زمان و شرایط خاصی در بخش‌هایی از مغز غالب هستند. برای مثال، موج آلفا اکثرا در زمان خواب یا کما، موج غالب است.
سیگنال‌های مغزی چه ارتباطی با فعالیت نورون‌ها دارند؟
پس از مطالعه موارد فوق، می‌توان وارد روابط میان فعالیت نورون‌ها و سیگنال ظاهر شده در نوار مغز رسید. همانطور که در قسمت قبل گفته شد، ۵ سیگنال پایه دارای باند فرکانسی خاص خود داریم که سیگنال نهایی از ترکیب این سیگنال‌ها بدست می‌آید. میزان فعالیت نورون‌ها بیانگر میزان فعالیت بدن است و بالعکس. برای مثال وقتی می‌گوییم فرد در حال خواب است و سیگنال دلتا سیگنال غالب است، به این معنا است که نورون‌ها نیز فعالیت بسیار کم‌تری نسبت به سایر اوقات دارند.
همانطور که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید، زمانی که فرد بیدار است، فعالیت نورون‌ها زیاد است و به همین دلیل سیگنال‌های با نوسانات بالا در باند بتا را مشاهده خواهیم کرد. رفته رفته هر چه میزان هوشیاری فرد کاهش یافته و حس خواب فرد افزایش می‌یابد، فعالیت نورون‌ها کاهش می‌یابد و در نتیجه آن، نوسانات سیگنال‌های ضبط شده کاهش می‌یابد و به ترتیب وارد باندها آلفا، تتا و دلتا می‌شویم.
با توجه به ابعاد الکترودهای مورد استفاده در دستگاه الکتروانسفالوگرام، نمی‌توانیم تنها فعالیت یک نورون را اندازه‌گیری کنیم و باید فعالیت مجموعه‌ای از نورون‌ها اندازه‌گیری شود. در نتیجه سیگنال نهایی و خروجی ثبت شده، سیگنال مجموعه‌ای نورون‌ها است.