مغز انسان دارای میلیاردها سلول عصبی است. این سلولها برای برقراری ارتباط با یکدیگر و دیگر سلولهای بدن ، پیامهای عصبی رد و بدل می کنند. پیامهای عصبی ماهیت الکتریکی-شیمیایی دارند. در اینجا بیشتر ماهیت الکتریکی پیام های عصبی مدنظر است و به آن سیگنال الکتریکی گفته می شود. جهت ثبت سیگنال های الکتریکی مغز می توان از دستگاه EEG یا Electroencephalography استفاده کرد. این دستگاه با استفاده از الکترودهایی که در سطح سر قرار می گیرند ، سیگنال های الکتریکی مغز را ثبت می کند. الکترودها به منظور دریافت سیگنال در مکانهای خاصی از سر قرار می گیرند. خروجی این الکترودها به ورودی تقویت کننده EEG متصل می شود و پس از انجام تقویت و فیلتر شدن ، مورد استفاده قرار می گیرد.

خصوصیات امواج مغزی
دامنه امواج مغزی قابل ثبت در سطح جمجمه بسیار ضعیف و در حدود 100-0 میکرو ولت و فرکانس آنها در حدود 100-0/5 هرتز است. امواج مغزی را می توان بر اساس فرکانس آنها به دسته های زیر طبقه بندی کرد:

امواج دلتا: 4 - 0/5 هرتز
امواج تتا: 8 - 4  هرتز
امواج آلفا: 13 - 8 هرتز
امواج بتا: 30 - 13 هرتز
امواج گاما: بیشتر از 30 هرتز

دسته بندی امواج مغزی بر اساس فرکانس

مقدار امواج فوق به عوامل متعددی از جمله وضعیت فعلی فرد (خواب بودن ، بیدار بودن ، باز یا بسته بودن چشم و ...) سن ، جنسیت و ... بستگی دارد و متخصصان با توجه به این ویژگی ها ، وضعیت افراد را مورد بررسی قرار می دهند. اما به طور کلی می توان گفت که یک رابطه عمومی بین درجه فعالیت مغزی و فرکانس متوسط امواج الکتروانسفالوگرام وجود دارد. بدین صورت که فرکانس متوسط امواج به تدریج با زیاد شدن درجه فعالیت مغز افزایش می یابد.
در دستگاه های EEG بسته به کاربرد ، 3 تا 256 عدد الکترود روی پوست سر قرار می گیرد. برای کاربردهای بالینی معمولا بین 32-8 کانال EEG موردنیاز است. به منظور کاهش امپدانس بین سطح الکترود و پوست ، از ژل استفاده می شود. بهترین مقدار امپدانس تماسی بین 1 تا 10 کیلو اُهم است. امپدانس بیش از 10 کیلو اهم می تواند سبب ایجاد آرتیفکت شود. همچنین مواردی از قبیل: خشک شدن ژل ، عرق کردن پوست سر ، حرکات فرد (پلک زدن ، تنفس و ...) در ثبت سیگنال ها تأثیر منفی دارند.

روش های ثبت سیگنال EEG
دو روش برای ثبت سیگنال های EEG استفاده می شود که عبارت اند از:
1- ثبت نسبت به مرجع: در این روش پتانسیل تمام الکترودها نسبت به یک مرجع سنجیده می شود.
2- ثبت دو قطبی: در این روش اختلاف پتانسیل بین دو الکترود دلخواه بنا به انتخاب کاربر ثبت می شود و لذا در اینجا مرجع مشخصی وجود ندارد.

نحوه چیدمان الکترودها
برای داشتن امکان مقایسه نتایج ثبت سیگنال مغزی و امکان تعمیم نتایج ، یک شیوه چیدمان الکترود به عنوان استاندارد بین لمللی شناخته شده است. این چیدمان جهانی الکترودها که به عنوان استاندارد 20-10 شناخته می شود ، امکان پوشاندن تقریباً تمام نواحی سر را توسط الکترودها فراهم می کند. انتخاب محل الکترودها بر اساس نقاط ویژه استخوان جمجمه انجام پذیرفته است. الکترودها در نواحی تلاقی سطوح استخوان جمجمه قرار می گیرند و سایر الکترودهای میانی بر اساس 10 و 20 درصد کل فاصله چیده خواهند شد. در شکل زیر این چیدمان نشان داده شده است.

نحوه چیدمان الکترودهای الکتروانسفالوگرافی

نکات قابل توجه در طراحی یک دستگاه EEG
همانطور که گفته شد ، دامنه امواج مغزی بسیار ضعیف و در حدود 100-0 میکرو ولت است. لذا مشکل کار تنها تقویت این امواج ضعیف نیست ، بلکه اهمیت مسأله در تفکیک آنها از نویزهای محیطی به خصوص نویز 50 یا 60 هرتز است که ممکن است ولتاژهایی به مراتب بالاتر از امواج مغزی داشته باشند. از این رو روش های کاهش نویز در طراحی مدارات الکترونیکی باید مدنظر قرار گیرد. استفاده از تقویت کننده های تفاضلی ، فیلترهای آنالوگ و فیلترهای دیجیتال مناسب ، راه حل هایی هستند که جهت حذف نویز اهمیت ویژه ای دارند. در تقویت سیگنال های بیوپتانسیل باید ماهیت سیگنال ها حفظ شود. از این رو باید از تقویت کننده های خطی با حداقل اعوجاج استفاده کرد. به علاوه ، جهت ثبت کامل طیف سیگنال EEG باید توجه کرد که فرکانس نمونه برداری حداقل دو برابر بیشینه فرکانس موجود در طیف EEG باشد.

کاربردهای دستگاه EEG
روش های مورد استفاده در بررسی عملکرد مغز مثل PET و fMRI ، ضمن داشتن هزینه بالا ، گاه دارای عوارض منفی از قبیل تزریق مواد رادیواکتیو ، قرار گرفتن در میدان مغناطیسی قوی و ... نیز است. یکی از مزایای EEG مقرون به صرفه بودن و نداشتن عوارض جانبی است. دستگاه EEG در موارد زیر کاربرد دارد:
- کمک به بررسی و مطالعه عملکرد مغز
- کمک به تشخیص اختلالات تشنجی و تعیین محل آنها و بررسی صرع
- کمک در تشخیص اختلالات کارکردی مغز (اضطراب ، افسردگی و ...)
- کمک به بررسی اختلالات خواب
- کمک به تشخیص مرگ مغزی
و ...

پارامترهای قابل توجه در انتخاب دستگاه EEG
در انتخاب یک دستگاه EEG علاوه بر در نظر گرفتن کیفیت دستگاه ، باید به موارد زیر توجه کرد:
- امکانات نرم افزاری و سخت افزاری مناسب جهت استفاده از دستگاه
- ویژگی های فنی دستگاه مانند: تعداد کانال های تقویت کننده EEG ، فرکانس نمونه برداری ، دقت A/D و ...
- دارا بودن تجهیزات جانبی مناسب موردنیاز دستگاه مانند: کابل های بیمار ، کلاه ، الکترود و ...
- دارا بودن امکان حمل آسان و نصب سریع
- خدمات پس از فروش مناسب جهت پشتیبانی از محصول

جهت آشنایی بیشتر با امکانات و مشخصات دستگاه های EEG ، دو مدل دستگاه به همراه مشخصات آن ها در جدول زیر نوشته شده است.

جدول مقایسه دو مدل دستگاه EEG