دروغگو با نوارمغزی رسوا می شود
تحقیق درباره فعالیت های الکتریکی مغز موضوع مورد توجه دانشمندان و محققان از سالها قبل بوده است و دانشمندان زیادی از حدود یک قرن پیش در پی ثبت فعالیت های الکتریکی مغز بودند.
به فعالیت های الکتریکی مغز در حالت عادی سیگنال EEGاطلاق می شود. این سیگنال ریتمهای مختلفی ، وابسته به شرایط حسی و حرکتی گوناگون دارد.
امواج و ریتمهای سیگنال EEG در نقاط مختلفی از سر و در شرایط بخصوصی ظاهر می شوند که به وسیله الکترودهای سطح جمجمه ثبت می شوند.
امروزه از سیگنال EEG برای تشخیص بیماری های مختلف مغز و چگونگی عملکرد آن و نیز برای تشخیص حالات مختلف روحی و روانی استفاده می شود.
یکی از پژوهشگران جوان کشورمان ، بتازگی با تحقیق روی این امواج به روش جدیدی برای بهبود جداسازی تغییرات امواج مغزی دست یافته است.
با وحید اعتضادی ، کارشناس ارشد مهندسی پزشکی (گرایش بیوالکتریک) از دانشگاه صنعتی امیرکبیر درباره استخراج پتانسیل های برانگیخته تک ثبت به روش تنظیم زیرفضا به گفتگو نشسته ایم:
عنوان پروژه تان را بسیاری نمی فهمند. آیا ممکن است درباره آن کمی توضیح دهید.
پتانسیل های برانگیخته (EP یا ERP) به فعالیت های الکتریکی در سیستم عصبی مرکزی اطلاق می شود که در پاسخ به یک تحریک در سیستم حسی حاصل می شوند.
به عبارت ساده تر، پتانسیل های برانگیخته پاسخ الکتریکی مغز به یک تحریک خارجی هستند.در بحث ما سیگنال EEGنویز و سیگنال EPسیگنال اصلی است.
در تجزیه پتانسیل های برانگیخته ، نکته اساسی این است که این 2سیگنال را از هم جدا کنیم.
تغییرات امواج مغزی ناشی از تحریک های حسی چگونه ثبت می شوند؛
برای ثبت این سیگنال از الکترودهای Ag-Agcl که به وسیله ژل مخصوص روی سر قرار می گیرند، استفاده می شود. معمولا برای ثبت سیگنال از سطح سر استانداردهایی وجود دارد.
در حال حاضر محل قرار گرفتن الکترودها روی سر در بیشتر نقاط دنیا یکسان است و از روی یک استاندارد بین المللی موسوم به سیستم 10 - 20 پیروی می کند.
در این سیستم از یک کلاه مخصوص استفاده می شود که در نقاط مختلف آن الکترودهایی تعبیه شده است. کلاه روی سر واقع شده و الکترودها به وسیله ژل به سطح سر متصل می شوند. سپس سیگنال های ثبت شده به وسیله دستگاه مخصوص ثبت سیگنال دیجیتال ، تقویت می شوند.
طرح شما چه مزیتی نسبت به شیوه های قبلی دارد؛
در مجموع می توان گفت روش تنظیم زیرفضا، روشی مناسب برای تخمین EPهای تک ثبت است.
این روش نسبت به تغییرات پارامترهای مورد نیازش حساسیت زیادی ندارد و کافی است پارامترهای این روش در یک رنج قابل قبول انتخاب شوند.
علاوه بر این ، تمامی روشهای قبلی تخمین EP تک ثبت به یک سیگنال مرجع مناسب نیازمندند؛ مثلا روش فیلتر وینر به یک ورودی مرجع که باید یک نمونه ایده آل برای یک EPنوعی باشد، احتیاج دارد یا روش تبدیل ویولت که در مرحله تعلیم نیاز به یک سیگنال مناسب و مشابه با پاسخهای مورد نظر دارد تا از روی آن ضرایب مناسب برای تخمین EPتک ثبت را تعیین کند.
در این روش ها از سیگنال میانگین ثبت ها به عنوان سیگنال مرجع مورد نیاز استفاده می شود. این روشها به نوعی به میانگین ثبت ها احتیاج دارند (احتیاج به تعداد زیادی ثبت ) و نمی توان آنها را کاملا روش تک ثبت خواند؛ اما روش تنظیم زیرفضا هیچ احتیاجی به سیگنال میانگین ندارد و تنها از خود دادگان استفاده می کند.
در این روش تعداد ثبت ها، تعداد نقاط سیگنال ثبت شده و فرکانس نمونه برداری اهمیتی ندارد و به واقع می توان این روش را روشی کاملا عمومی برای استخراج EPتک ثبت دانست.
ضمن این که استفاده از مدل عمومی برای بردارهای پایه ، امکان استفاده برای تخمین انواع مختلف پتانسیل های برانگیخته را به این الگوریتم می دهد.
در این روش به هیچ گونه اطلاعات اضافی اولیه نیاز نیست و تنها با در اختیار داشتن خود دادگان می توان تخمین ها را به دست آورد و در واقع الگوریتم تمام اطلاعات مورد نیازش را از خود دادگان به دست می آورد.
نکته دیگر این است که در این الگوریتم به طور خاص مرحله ای به نام مرحله تعلیم وجود ندارد و تنها یک مرحله به دست آوردن پارامترها وجود دارد که نمی توان آن را تعلیم نامید و عدم حساسیت زیاد الگوریتم به پارامترها، این اجازه را به ما می دهد که پارامترها را برای یک سیگنال نوعی از یک فرد محاسبه کنیم و برای تمام سیگنال های افراد مختلف به کار ببریم.
این نشاندهنده قابلیت تعمیم این روش است ، قابلیتی که در روشهای قبلی وجود ندارد.
در طرح شما برای تشخیص تغییرات ناشی از تحریک سیستم حسی از امواج عادی مغزی از چه شیوه ای استفاده شده است؛
در این پروژه برای استخراج پتانسیل های برانگیخته تک ثبت از روش تنظیم زیرفضا استفاده شده است. روش تنظیم زیرفضا را می توان جدیدترین روش در حوزه استخراج EPتک ثبت دانست.
پایه این روش بر روابط ریاضی و آماری است. یک موضوع مهم در استخراج بهینه پتانسیل های برانگیخته استفاده از یک سری اطلاعات اولیه مناسب است.
یک مساله مهم در استفاده از این اطلاعات در الگوریتم تخمین این است که چگونه این اطلاعات در یک قالب ریاضی عملی بیان شوند.
یک راه عملی برای این کار استفاده از روشهای تنظیم است. در این روش یک مدل مشاهده خطی برای پتانسیل های برانگیخته تک ثبت در نظر گرفته می شود، یعنی فرض می کنیم سیگنال اصلی و نویز با یکدیگر جمع شده اند.
ما این سیگنال اصلی را به صورت ترکیب خطی چند بردار پایه در نظر می گیریم. برای انتخاب این بردارهای پایه راههای مختلفی وجود دارد که در این پروژه از بردارهای گوسی شکل استفاده شده است.
مرحله بعدی تعیین ضرایب این بردارهای پایه است. برای این کار تغییراتی در روش شناخته شده حداقل مجذور مربعات خطا اعمال شد و یک روش تخمینی جدید حاصل شد. در این روش تخمینی از یک زیر فضا که به وسیله تعدادی از بردارهای ویژه ماتریس همبستگی اندازه گیری ها (ثبت ها) ساخته می شود، استفاده شده است.
ما ضرایب را طوری تعیین می کنیم که سیگنال مورد نظر تا جایی که امکان دارد به این زیرفضا نزدیک شود.
شیوه جداسازی و طبقه بندی سیگنال اصلی و نویز در زیر فضای تعریف شده چگونه است؛
در واقع ما تنها یک زیرفضا می سازیم که مربوط به سیگنال اصلی است و برای سیگنال نویز زیرفضایی در نظر نمی گیریم.
برای ساختن این زیرفضا از تعدادی از بردارهای ویژه ماتریس همبستگی ثبتها استفاده می شود. این ماتریس درواقع نشاندهنده قدرت سیگنال است.
ما بردارهای ویژه متناظر با مقادیر ویژه بزرگتر را برای ساختن زیرفضا به کارمی بریم. اینها چون متناظر با مقادیر ویژه بزرگتر هستند، به سیگنال اصلی مربوط هستند نه سیگنال نویز. زیرا قدرت اصلی سیگنال در سیگنال اصلی (پتانسیل برانگیخته) نهفته است نه در نویز(سیگنال EEG).
آیا این جداسازی سیگنال ، درباره سیگنال های دیگر مختلط با نویز (در موارد دیگر غیر پزشکی) هم قابل اجراست؛
در این روش فرض می شود قدرت اصلی سیگنال در پتانسیل برانگیخته نهفته است و سیگنال EEG یک نویز تصادفی با قدرت کمتر از سیگنال اصلی است.
درباره هر سیگنالی که بتوان چنین فرضی قایل شد می توان از این روش استفاده کرد. علاوه بر این نویز و سیگنال اصلی باید با یکدیگر جمع شده باشند (نویز افزودنی).
چگونه با استفاده از روش تنظیم زیر فضا، تعداد نمونه ها را کم کرده اید؛
تمامی روشهای قبلی به گونه ای طرح ریزی شده اند که به یک سیگنال مرجع مناسب یا یک سیگنال مطلوب برای تعلیم الگوریتم نیازمندند.
سیگنالی که در این روشها به عنوان سیگنال مطلوب یا سیگنال مرجع به کار می رود، سیگنال میانگین ثبت هاست. یعنی ما نیازمندیم که تعدادی ثبت انجام دهیم و از میانگین آنها استفاده کنیم.
اما روش تنظیم زیرفضا هیچ احتیاجی به سیگنال مرجع یا سیگنال مطلوب برای تعلیم ندارد. پس احتیاجی به سیگنال میانگین ندارد و به صورت تک ثبت عمل می کند.
چه عواملی می تواند باعث بروز خطا در این جداسازی شود؛
معمولا عواملی که می توانند سبب بروز خطا شوند، نویزهایی هستند که هنگام ثبت به سیگنال اصلی اضافه می شوند؛ مثل نویز برق شهر، نویز EOG (ناشی از پلک زدن)، نویز EMG (ناشی از حرکت شخص یا الکترودها) و...
معمولا اثر این نویزها را با تمهیدات خاصی می توان حذف کرد (مثلا از شخص می خواهیم که در طول ثبت سیگنال حتی المقدور از پلک زدن بپرهیزد).
در مقایسه با روشهای قبلی چقدر درصد خطا کمتر شده است؛
این روش در مقایسه با برخی روشهای فیلترسازی سبب کاهش خطا شده است ، اما در مقایسه با برخی روشهای قبلی نیز کاهش خطایی را ایجاد نکرده است ، اما مزایایی از قبیل سادگی و عمومیت این روش و عدم نیاز به تعداد زیاد ثبت ، سبب برتری این روش بر روشهای قبلی شده است.
این طرح تا چه حد کاربردی است و در چه رشته هایی کاربرد دارد؛
در حال حاضر از سیگنال های پتانسیل برانگیخته در پزشکی و در تشخیص برخی بیماری های عصبی استفاده می شود.
اما کاربردهایی مثل تشخیص تظاهر به بیماری ، دادن فرمان از مغز به کامپیوتر و دروغ سنجی را در بخشهای مختلفی می توان به کار برد.
نیلوفر عاکفیان 
تازه ها
پیشنهاد سردبیر
در یادداشتی اختصاصی برای جام جم آنلاین مطرح شد
جنبش مردمی سوریه
در یادداشتی اختصاصی برای جام جم آنلاین مطرح شد
زمان دیپلماسی برای حمایت از مقاومت
عضو دفتر حفظ و نشر آثار رهبر انقلاب در گفتگو با جام جم آنلاین مطرح کرد
نقش ویژه اهالی اندیشه، رسانه و هنر در مقابله با تهدیدات نرم
گوناگون
گفت و گو
«جام‌جم» در گفتوگو با رئیس انجمن متخصصان بیماری‌های عفونی بررسی کرد
ایدز در کنترل درمان
رئیس مرکز مدیریت بیماری‌های واگیر وزارت بهداشت در گفتوگو با روزنامه «جام‌جم»
فصل ناآرام آنفلوآنزا
دکتر منوچهر متکی در گفت‌وگوی اختصاصی با روزنامه جام‌جم ضمن تحلیل دشمنی‌های اخیر آمریکا و تروئیکای اروپایی مطرح کرد: