امروزه کاربرد دستگاه الکتروانسفالوگرافی یا در واقع همان دستگاه ثبت امواج EEG از پیشگیری گرفته تا تشخیص و درمان بیماری و ارائه تکنولوژی‌های مدرن همچون واسط مغز و رایانه (BCI) فراوان است.
کاربرد دستگاه الکتروانسفالوگرافی
دستگاه الکتروانسفالوگرافی در طول بیش از ۱۰۰ سال گذشته پیشرفت‌های زیادی کرده است. ریچارد کاتن در سال ۱۸۷۵ سیگنال EEG را با کمک الکترودهای داخلی از سطح کورتکس مغز حیوانات آزمایشگاهی (خرگوش و میمون) ثبت کرد.
در سال ۱۹۲۹ هانس برگر نورولوژیست آلمانی، سیگنال EEG را با کمک الکترودهای سطحی از سطح جمجمه ثبت نمود. در حال حاضر بسیاری از مبانی علمی الکتروانسفالوگرافی، مرهون تلاش‌های این محقق است.
او تغییرات الکتریکی حالت‌های مختلف مانند خواب، بیهوشی، فقدان اکسیژن و برخی بیماری‌های عصبی نظیر صرع را به جامعه عملی معرفی کرد.
همچنین موفق شد پتانسیل‌های الکتریکی نسبتاً کوچکی را ثبت نماید و در طی چهارده سال بسیاری از علوم پایه و کاربردهای الکتروانسفالوگرافی را پایه ریزی کند.
در سال ۱۹۳۴ آدریان و ماسووس با انتشار مقاله‌ای ضمن تایید یافته‌های برگر، نوسانات مغزی منظمی را در ۱۰ تا ۱۲ هرتز شناسایی و آن را به عنوان ریتم آلفا معرفی کردند.
مقادیر الکتروانسفالوگرافی (EEG) نشان دهنده‌ی ارتباط بین جریان‌های الکتریکی درون جمجمه‌ای و ولتاژ‌های ناشی از آن بر روی سر است. که این ولتاژها جنبه‌های خاص پردازش و کارکرد الکتریکی مغز- مانند اینکه مناطق مختلف مغز چه فعالیت الکتریکی دارند و یا در مقابل محرک‌ها و در خلال تکالیف شناختی، چگونه پاسخ‌دهی می‌کنند- را انعکاس می دهند.
اندازهگیری فعالیت الکتریکی مغز EEG از مزیت تفکیک زمانی بالا برخوردار است، که اجازه می‌دهد تا توانایی انجام مطالعات شناختی و فعالیت مغز را ارزیابی کرد.
ثبت EEG به طور کامل غیرتهاجمی است و می‌تواند بارها و بارها از بیماران، بزرگسالان نرمال و کودکان، بدون ریسک یا محدودیت در مطالعات بخصوص در حوزه ارگونومی شناختی (درک، حافظه، توجه، زبان، عواطف و بار کار شناختی) به عنوان یک ابزار ارزشمند مورد استفاده قرار گیرد.
برای به دست آوردن الگوی امواج افراد، از آنها خواسته می‌شود تا چشمان خود را ببندند و در حالت ریلکس قرار بگیرند.
سیگنال‌های EEG شامل باندهای متفاوت فرکانسی یا همان امواج مغزی متفاوت هستند، که هر کدام از آنها مربوط به حالات فیزیکی و شناختی مختلف می‌باشند.
معروفترین و بیشترین مطالعات انجام شده بر روی امواج مغزی انسان مربوط به موج آلفا می‌باشد. آلفا در هنگام بستن چشمها و حالت استراحت تحریک می‌شود و به وسیله باز کردن چشمها یا تحریکات ناشی از فکر کردن و محاسبات ذهنی، کاهش می‌یابد.
هنگامی که افراد چشم‌هایشان را می‌بندند، تغییرات قابل ملاحظه‌ای در الگوهای امواج مغزی رخ می‌دهد و امواج از بتا به آلفا تغییر می‌کنند. ناحیه اصلی تولید آلفا هنوز مشخص نیست. امواج آلفا معمولاً به پتانسیل دندریت‌های سوما نسبت داده می‌شوند.
الکتروانسفالوگرافی به حالات مداوم مغز ناشی از حالات استرس، هوشیاری، استراحت و خواب حساس می‌باشد. در حالت نرمال بیداری با چشم باز امواج بتا غالب هستند و در حالت استراحت یا خواب آلودگی امواج آلفا افزایش می‌یابد و اگر خواب ظاهر شود باندهای با فرکانس کم افزایش می‌یابد.
الگوی مغزی امواج مغزی منحصر به فرد هستند. در برخی موارد ممکن است بتوان بر طبق فعالیت‌های مغزی خاص، آنها را تشخیص داد.
بر اساس تحقیقات بیک فورد و کاربردهای بالینی EEG در انسان و حیوان شامل موارد ذیل است:
- پایش هوشیاری، کما و مرگ مغزی
- آسیب‌های موضعی نواحی مغزی به دنبال آسیب به سر، تومور و…
- آزمایش مسیرهای آوران
- ایجاد شرایط بیوفیدبک
- کنترل بیهوشی عمیق
- بررسی صرع و حملات موضعی مغزی
- آزمایش تأثیرات داروهای صرعی
- پایش توسعه مغز انسان و حیوانات
- آزمایش داروهای دارای تأثیرات تشنجی
- بررسی اختلالات خواب و فیزیولوژی
تقارن فعالیت آلفا در نیمکره‌های مغزی پایش می‌شود و مواردی همچون ضایعات محدود کننده مانند تومور، خونریزی و ضربه معمولاً برای کورتکس فرکانس‌های کمتری را تولید می‌کند.
الگوهای EEG به وسیله رنج وسیعی از متغیرها مانند بیومکانیک، متابولیک، گردش خون، هورمون‌ها نوروالکتریک و فاکتورهای رفتاری تغییرات نشان می‌دهد.
کاربرد دستگاه الکتروانسفالوگرافی بسیار متنوع است و در حوزه‌های مختلفی از آن می‌توان استفاده کرد. به کمک دستگاه الکتروانسفالوگرافی می‌توان میزان فعالیت الکتریکی انواع حالت‌های مغزی را تعیین کرد و به شناسایی نواحی درگیر مغزی پرداخت.
در نتیجه بررسی و تحلیل سیگنال ثبت شده از طریق الکتروانسفالوگرافی در طیف گسترده‌ای از کاربردهای تشخیصی و پژوهشی، همچون موارد زیر، نقش موثری دارد:
۱- تشخیص آسیب مغزی سربرال و تعیین محل آن
۲- بررسی حملات صرعی
۳- تشخیص اختلالات روانی
۴- مطالعه خواب و بررسی اختلالات آن
۵- مشاهده و تحلیل پاسخ‌های مغز به محرک‌های حسی
۶- پژوهش‌های مرتبط با سیستم‌های واسط مغز – رایانه (Brain Computer Interface – BCI)
کاربرد دستگاه الکتروانسفالوگرافی در حوزه سلامت
این علم نوین به دلیل استفاده مستقیم از انواع سیگنال‌های مغزی در حوزه سلامت طیف وسیعی از کاربردها را در بر گرفته است و به نوعی گسترده‌ترین و به روزترین کاربردهای دستگاه الکتروانسفالوگرافی را در این حوزه می‌توان گنجاند.
دسته بندی کاربردهای پزشکی و سلامت آن شامل ۳ دسته‌ی زیر است:
۱- پیشگیری
۲- تشخیص
۳- توانبخشی و ترمیم
کاربرد دستگاه الکتروانسفالوگرافی در پیشگیری
کاربرد دستگاه الکتروانسفالوگرافی در حوزه پیشگیری به طور عمده بر اندازهگیری سطوح متفاوت هوشیاری، با بررسی الگوهای مغزی افراد در این بخش استوار است.
یکی از موارد پر کاربرد که توجه عمده این حوزه بر آن است، تاثیر الکل و سیگار بر روی سیگنال‌های مغزی است. که تاکنون محققان دریافتند تاثیر الکل بر سیگنال‌های مغز بسیار بیشتر از سیگار بوده است.
تصادفات جاده‌ای نیز یکی از مهمترین عوامل مرگ و میر و آسیب دیدگی‌های جدی، مانند فلج عضلانی می‌باشند. تحلیل علت‌های این مساله یکی از مهمترین زمینه‌های تحقیق در حوزه پیشگیری است.
به این ترتیب که محققان سطوح متفاوت هوشیاری افراد مختلف، به ویژه رانندگان را مطالعه می‌کنند و با اندازهگیری و ثبت الگوها و بررسی عملکرد گوش میانی و چشمها می‌توانند، راهی برای پیشگیری از تصادفات جاده‌ای و نهایتاً فلج عضلانی پیدا کنند.
از دیگر دلایلی که باعث فلج شدید و ناتوانی حرکتی می‌شود و در دهه‌های اخیر به دغدغه محققان تبدیل شده، سکته مغزی است. دانشمندان سعی دارند تا با بررسی سیگنال‌های مغزی راه حلی برای پیشگیری از سکته مغزی پیدا کنند و بخش‌های حرکتی آسیب دیده در مغز را از طریق درمان‌های نوروپلاستی ترمیم کنند.
دستگاه الکتروانسفالوگرافی در حوزه تشخیص
کاربرد دستگاه الکتروانسفالوگرافی در حوزه تشخیص و شناسایی بیماری‌های مختلف فراوان است. نوار مغزی برای شناسایی مشکلات مربوط به فعالیت الکتریکی مغز که باعث به وجود آمدن اختلالات مختلف مغزی می‌شوند، به کار می رود.
در نتیجه در جهت تشخیص بیماری و مشکلات خاص مغزی، معمولاً از طرف دکتر مغز و اعصاب گرفتن نوار مغز پیشنهاد می‌شود. اندازه‌گیری‌های نوار مغزی به رد و یا پذیرش انواع بیماری و اختلالات عصبی و شناختی کمک کرده و یا اطلاعاتی را درباره‌ی اختلال موجود در مغز به پزشک می‌دهد. برخی از کاربرد دستگاه الکتروانسفالوگرافی در تشخیص عبارتند از:
- کمک به تشخیص و تعیین محل آسیب مغزی سربرال
- کمک به تشخیص اختلالات روانی
- تعیین سطح هوشیاری
- تشخیص مرگ مغزی
- اختلالات تشنج (مانند صرع)
- صدمه مغزی و آسیب به سر
- آنسفالیت (التهاب مغزی)
- تومور مغزی
- انسفالوپاتی (بیماری که باعث اختلالات مغزی می‌شود)
- مشکلات حافظه
- تشخیص اختلالات خواب
- سکته مغزی
- ام‌اس
- زوال عقل یا دمانس
- آبسه مغزی
- اختلالات دژنراتیو (آلزایمر یا پارکینسون)
- سردرد
- فلج مغزی
در نتیجه می‌توان گفت، بررسی وضعیت ذهنی بیماران یکی از کاربردهای مهم دستگاه الکتروانسفالوگرافی در حوزه پزشکی است. که با کمک ثبت سیگنال‌های EEG باعث می‌شود بتوانیم منشا بسیاری از بیماریها مانند ساختار غیر معمول مغز (مثل تومور مغزی)، تشنج (مثل حمله یافته‌های شدید صرع)، اختلالات خواب (مثل نارکولپسی) و تورم مغز (مثل انسفالیت) را شناسایی کرده و راه درمان آنها را نیز پیدا کنیم.
علاوه بر این ممکن است عارضه یافته‌های دیگر مثل سرگیجه و سردرد نیز الگوهای مغزی غیر طبیعی را نشان دهد. این شیوه جایگزین مناسبی برای ام‌آر‌آی و سی‌تی‌اسکن است.
با استفاده از سیگنال EEG می‌توان بسیار سریع‌تر و با هزینه کمتر، علل بروز تومور مغزی که نتیجه تقسیم سلولی نامتعارف و بیش از حد است را شناسایی کرد.
زمانی که فرد در شرایط عمل جراحی مغز است، برای کنترل فعالیت مغز از طرق دستگاه الکتروانسفالوگرافی وضعیت مغز او مانیتور می‌شود.
همچنین زمانی که یک فرد در حالت کما قرار دارد، برای بررسی و تعیین سطح فعالیت و هوشیاری مغز فرد از نوار مغز و دستگاه EEG استفاده می‌شود.
به طور کلی برای ارزیابی بیماران مبتلا به تشنج، گیجی و کاهش سطح هوشیاری، ضربه سر و دیگر شرایطی که ممکن است، به علت اختلال در کارکرد مغز ایجاد شوند، نوار مغزی درخواست می‌شود.
EEG مداوم برای کمک به پیدا کردن سطح مناسب بیهوشی، برای کسی که در حالت اغما از نظر پزشکی قرار گرفته، کاربرد دارد. همچنین در نهایت از EEG برای تأیید مرگ مغزی در فردی که در حالت اغما مداوم است نیز استفاده می‌شود.
کاربرد دستگاه الکتروانسفالوگرافی در درمان
کاربرد دستگاه الکتروانسفالوگرافی در حوزه درمان نیز بسیار فراوان و ارزشمند است و تحول شگفت و امیدهای فراوانی در این پدید آورده است. از مهمترین کاربرد EEG در این زمینه به دو تکنولوژی نوین و رو به پیشرفت می‌توان اشاره کرد.
۱- تکنولوژی واسط مغز و رایانه یا BCI که در حوزه درمان کاربردهای فراوانی دارد و می‌تواند به عنوان مثال زندگی معلولان را متحول کند، اغلب از دستگاه EEG برای دریافت سیگنال‌های مغزی استفاده می‌کند.
۲- دیگر تکنولوژی نوین در حوزه درمان که از دستگاه الکتروانسفالوگرافی استفاده می‌کند و تحول بزرگی در درمان اختلالات عصبی و شناختی ایجاد کرده است، دستگاه نوروفدبک می‌باشد.
