previous pauseresume next

انواع سیگنالهای مغزی

تصویرکوچک: 

سیگنالهای نوسانی دریافتی از مغز به صورت یک بعدی و متغیر با زمان میباشند. زمانی که فرد در حالت طبیعی قرار دارد و مشغول انجام فعالیت خاصی نباشد سیگنالهای مغزی به صورت پیوسته و یکنواخت قابل دریافت است. فرکانس نوسانات سیگنال دریافتی متناسب با سطح هوشیاری و میزان تمرکز فرد و وضعیت روحی و ذهنی وی، در شش بازه مختلف فرکانسی قرار میگیرد .
مشخصات مربوط به هریک از این بازه‌های فرکانسی به این شرح میباشند:
I.‎ Delta - دلتا δ (۰.۵–۴ Hz) هرتز امواج مغزی افراد بالغ در هنگام خواب امواج مغزی کودکان و قویترین ریتم در طول خواب.
II.‎ - Theta تتا (۴–۸ Hz) θهرتز مربوط به حالت خواب آلودگی در جوانان و به حالت مدیتیشن در بزرگسالان
III.‎ Alpha - آلفا (۸–۱۳ Hz) αهرتز مربوط به حالت آرامش بزرگسالان در حالت بسته بودن چشم‌ها ایجاد می‌شود.
IV.‎ Beta - بتا:β (۱۳–۳۰ Hz) هرتز مربوط به حالت هوشیاری و انجام فعالیت در حالت مشغول بودن ذهن و استرس و نگرانی ایجاد می‌شود.
V.‎ Gamma- گاما (۳۰ > Hz) :γهرتز مربوط به حالت هوشیاری و انجام فعالیت زمانی که یک تصور ذهنی انجام شود ایجاد میگردد.
VI.‎ MU – ميو:μ (۸–۱۳ Hz) هرتز با انجام تصورات حرکتی دامنه سیگنال‌های این طیف کاهش می یابد.

سیگنال‌های عصبی مورد استفاده در کاربردهای ( BCI ) :
واسط‌های مغزکامپيوتر که از سيگنالهای مغزی استفاده میکنند بايد بتوانند حالت‌های ذهني را از فعاليت‌های مغزی به طور برخط آشكار کنند. نواحي متفاوت قشری درمغز درهنگام فكرکردن به موضوعات مختلف مثل محاسبات رياضي، حرکت تصور شده و موسیقي فعال ميشوند.اطلاعات مربوط به اين حالت‌های ذهني با روشهای مختلف قابل ثبت هستند. سیيگنالهای عصبي معمولا به يكي از سه روش زير ثبت ميشوند:
روشهای کاشتني پتانسيل‌های برانگيخته(ERP) وآموزش سوژه . دو روش پتانسيل‌های برانگيخته و آموزش سوژه از روشهای غيرتهاجمي درسيستم‌های ( BCI )هستند زيرا الكترودها روی سطح جمجمه قرار ميگيرند.

روشهای کاشتنی :
در اين روش‌ها، الكترود‌ها در داخل بافت عصبي کاشته میشیوند. در روشهای کاشتني ازسيگنال‌های يک تک نورون تا مجموعهای از نورونها برای کنترل BCI استفاده ميکننید. دربيشتر موارد، مناسب ترين گزينه برای جايگذاری الكترودها، ناحيه کورتكس حرکتي است. زيرا تكاليف ذهني حرکتي مستقيماً با اين ناحيه ارتباط دارند، و ثبت ازسلولهای بزرگ و هرمي آن، به نسبت مناطق ديگر راحتر است. دراين روشها، نسبت سيگنال به نويز از سايرروشها بيشتراست وليدرعوض تهاجمي هستند. البته اکثر سيستمهايي که از اين روش استفاده ميکنند هنوزدرمرحله آزمايش هستند. آنها بافت عصبي را در نوک خالي يک الكترود دوسيمه به عنوان الكترودی که تغذيه عصبي را تامين ميکند، رشد ميدهند. نوک الكترود شامل فاکتورهای رشد بافت عصبي است که باعث ميشود بافت در آن رشدکند. از طريق يک تقويت کننده ويک آنتن که بين جمجمه و پوست سرجای ميگيرد، سيگنالهای عصبي به کامپيوتر منتقل ميشوند و کامپيوتراز اين سيگنالها برای درايو کردن کرسرماوس استفاده ميکند.اين تكنيک توانستهاست ثبت طولاني بين جمجمه و پوست سرجای ميگيرد، سيگنالهای عصبي به کامپيوتر منتقل ميشوند .اين تكنيک توانسته است ثبت طولاني مدت پايداری را انجام دهد و بيمار يادگرفته که درطول يک پريود زماني بيش از ۴۶۲ روز، بتواند با رابط مغز-کامپيوتر به طور مصنوعي ارتباط برقرارکند.

پتانسیل‌های برانگیخته :
پتانسيل‌های برانگيخته نوعي از پتانسيل‌های مغزی هستند که به علت تحريكات حسي برانگيخته ميشوند. آنها معمولاً بوسيله ميانگينگيری از تعدادی سيگنال EEG بدست ميآيند که بعد از تحريک بوسيله يک تكليف ذهني ساده ثبت شده‌اند. دريک سيستم VEP, BCI به تناسب‌کاربردی که آن سيستم دارد، با تحريک مناسب توليد ميشوند. مزیت این روش آن است که احتياج به آموزش کمي دارد و يا احتياجي به آموزش نيست ولي درعوض کاربر مجبور است تا رسيدن تحريک جديدصبرکند.با توجه به اينكه ای-پي ها پاسخ ذاتي مغز هستند، ميتواننید برای کنترل گسسته در همه کاربرها مورداستفاده قرار گيرد. اجزاء با منشاء خارجي در VEP يا اجزايي که بوسيله تحريک‌های فيزيكي بوجود مي آيند،معمولاً در محدوده زماني ۲۱۱ميلي ثانيه بعد از تحريک ديده ميشوند. اين اجزا شامل یک شكل موج منفي درحدود ۱۱۱ميلي ثانيه N)100) و يک شكل موج مثبت در حدود ۲۱۱ميلي بعدی N)200) پس از اعمال تحريک هستند. پتانسيل‌های برانگيخته بينايي دراين دسته قرارميگيرند. ساتر ازتحريک کوتاه بينايي برای تعيين اينكه فرد به چه دستوری نگاه ميکنید و در نتيجه مشخص کردن نوع دستور استفاده کرده است. استفاده از VEP، دستيابي به پاسخ سريعتر نسبت به اجزاء تأخيری ديگر است. برای ثبت ،VEPسوژه بايدکنترل بينايي خوبي در نگاه کردن به تحريک مناسب داشته باشید. از VEPميتوان برای کنترل گسسته استفاده کرد. از آنجايي که VEPيكي از اجزاء دارای منشاء خارجي است، بايددر طول زمان نسبتاً پايدار باقي بماند. اجزاء با منشاء داخلي يا آنهايي که توسط فاکتورهای شناختي بوجود ميآيند، بعد از اجزاء خارجي ديده ميشوند. حدود سال ۱۱۶۴هپمن وبراگدن مستقلاً يک پيک موج را در حدود ۳۱۱ميلي ثانيه بعد از تحريک کشف کردند. اين جزء که به ( ۳۰۰ P ) معروف است.

روش آموزش سوژه :
در اين روش رفتار سوژه چنان تغيير ميابد که بتوانید درموقعیت‌های مشابه و در شرايط يكسان، پاسخهای مغزی مشابه بدهد. دررابط مغز-کامپيوتر، اين روش برای آموزش سوژه‌ استفاده ميشود تا بتواند سيگنالهای EEGخود را کنترل نمايد. چندين متد از روش آموزش سوژه بر روی سيگنال EEGبرای کنترل رابط مغز-کامپيوتر استفاده ميکنند. ويژگي مهم سیگنالهای خروجي اين است که قادر به کنترل پيوسته هستند. البته اين ويژگي ممكن است بصورت يک محدوديت نيزخود را نشان دهد. در يک کار مرتبط، رابط مغز-کامپيوتر افرادی را آموزش داده تا دامنة ERS/ERD الگوهای خود را کنترل کنند. ناهمزماني ناشیي ازتحریک (ERD)به معني کاهشدامنه باند فرکانسي خاصي درسيگنال EEGاست ومنظورازهمزماني ناشي ازتحريک (ERS)افزايش دامنه يک باندفرکانسي خاص ميباشد. برای آشكارسیازی ERS و ERD میتوان توان يک باند فرکانسي خاص مثل آلفا را قبل وبعداز تحريک وطي چندآزمايش اندازه گرفت. اين تحريک ميتواند منشا خارجي داشته باشد مانند تحريک به وسيله نور ويا ارادی باشد مانند حرکت انگشت. افراد درتعداد جلسات اندکي تكليف ذهني کنترل راياد ميگيرند. افراد مختلفي نيزروی تفاوت‌های سيگنال EEG درفعاليت‌های محاسباتي مغزی کارکرده اند. آنها ميگويند در هنگام انجام برخي فعاليت‌های ذهني، قسمت‌های مجزای مغز فعال ميشوند ودر صورت تشخيص دقيق اين فعاليت‌ها، ميتوان از آنها برای رابط‌های مغز-کامپيوتر استفاده کرد.

BCI Systems