نقشه برداری کمی مغز تحلیل ریاضیاتی فعالیت های الکتریکی مغز است که به طور عمده تحلیل های طیف توان برای به دست آوردن معیارهای مربوط به عملکرد شناختی و رفتاری صورت می گیرد.

هنگامی که QEEG یک فرد با یک پایگاه داده معیار که جمعیت عمومی را نشان می دهد (پایگاه داده معیار QEEG) مقایسه می شود ، نتیجه می تواند به عنوان یک ابزار تشخیص بالینی برای برخی اختلالات مانند ADHD ، اسکیزوفرنی ، افسردگی و اختلال وسواس فکری عملی مورد استفاده قرار گیرد. در ادامه نقشه مغزی QEEG و پایگاه داده معیار تعریف می شوند و نحوه تفسیر آن ها و ابزارهای آن بررسی می شود تا خواننده بتواند یک ایده کلی از روند را به دست آورد.

نقشه مغزی (QEEG) چیست؟

EEG فعالیت های الکتریکی مغز را به وسیله الکترودهایی که بر سطح پوست سر نصب می شوند، ضبط می کند. QEEG با استفاده از روش های ریاضیاتی مخصوصا تحلیل توان فرکانسی معیارهای کمی به دست می آید که مرتبط با عملکرد شناختی و رفتاری مغز هستند. این تحلیل ها در نهایت ممکن است نشانگرهای الکتروفیزیولوژیکی اختلالاتی مانند ADHD، اسکیزوفرنی، افسردگی، آسیب مغزی و وسواس فکری عملی را فراهم کند.

بیشترین سنجه های QEEG مورد مطالعه ، توان مطلق و نسبی در باندهای فرکانسی مختلف (و نسبت های دو باند) است. در ادبیات علوم اعصاب باندهای فرکانسی دلتا ، تتا ، آلفا و بتا شناخته شده است (شکل 1) و آن ها را با حالات متمایز مرتبط می کند. برای مثال

باند دلتا: در هنگام خواب عمیق غالب است

باند تتا: در رمزگذاری و بازیابی حافظه نقش دارد و در هنگام خواب آلودگی با افزایش توان همراه است

باند آلفا: در عملکردهای حرکتی (در قشر حرکتی) و عملکرد شناختی نقش دارد

باند بتا: شاخص انتقال قشر مهاری و همراه با افزایش توان در طی تمرکز فعال همراه است

علاوه بر معیارهای قبلی QEEG که از استفاده از تجزیه و تحلیل توان فرکانسی EEG ثبت شده را در نظر می گیرد، مجموعه دیگری از معیارها شامل فعالیت در ساختارها یا نواحی مغز است. این فعالیت را می توان از ضبط های EEG با استفاده از تکنیک های محلی سازی منبع، LORETA (Low-Resolution Electromagnetic Tomography) الگوریتم پرکاربرد تخمین زد. در نتیجه، معیارهای QEEG توسط نقشه های مغزی دو یا سه بعدی جهت تفسیر نشان داده می شوند

 نقشه مغزی در سطح الکترود: مقدار مطلق توان بر حسب uV² در باندهای مختلف فرکانسی

نقشه مغزی در سطح منشا: چگالی توان بر حسب uV² در نواحی مغز (voxels) برای باند فرکانسی آلفا

پایگاه داده معیار QEEG چیست؟

یک پایگاه داده معیار QEEG شامل مجموعه ای از معیارها است که از EEG محاسبه شده و از تعداد زیادی از افراد جمع آوری شده است، به اندازه ای که بتواند نماینده جمعیت باشد. در این صورت این امکان وجود دارد که معیار فرد را با پایگاه داده QEEG (که به آن آزمون QEEG نیز گفته می شود) مقایسه کنیم، بنابراین مشخص خواهد شد که آیا یک نشانگر الکتروفیزیولوژیکی غیر معمولی با توجه به جمعیت وجود دارد یا خیر. در نتیجه این نشانگرها توسط یک متخصص باتجربه تفسیر می شود.

یک پایگاه داده QEEG بر روی مجموعه ای از داده های EEG در هنگام تسک های فعال یا استراحت ساخته شده است.

• تسک فعال به ضبط EEG از شرکت کننده در حال انجام یک کار ادراکی ، حرکتی یا شناختی اشاره دارد.
• در هنگام ضبط حالت استراحت ، شرکت کننده در حالت آرام و بیدار با چشمان بسته (EC) یا چشم باز (EO) است. این ضبط ها از مزایای سادگی و تکرارپذیری بیشتر در آزمایشگاه ها برخوردار هستند.

اصطلاح معیار به روش های تحلیلی و آماری در ایجاد پایگاه داده برای دسترسی به مقایسه های معتبر اشاره دارد:

• معیارهای دقیق برای ورود نمونه ها: افرادی که سابقه مشکلات عصبی دارند باید از مطالعه حذف شوند و جذب افراد شرکت کننده با توجه به متغیرهای جمعیت شناختی (جنس ، سن ، پیشینه قومی ، وضعیت اقتصادی، اجتماعی و غیره) متعادل باشد. این نکات برای پایگاه داده مهم است تا بتوان آن را به کل جمعیت تعمیم داد.
• تطبیق تقویت کننده: ویژگی های فرکانسی تقویت کننده های EEG متفاوت است (از نظر فیلتر و gain)، بنابراین پایگاه های داده باید معیارهای QEEG فرد را با توجه به این ویژگی ها تصحیح کنند تا با پایگاه داده قابل مقایسه باشد.

تقریب به توزیع گاوسی: پایگاه داده معیار با استفاده از تحلیل های مختلف معیارهای QEEG را جمع آوری می کند و به توزیع گاوسی تقریب می زند (این توزیع با میانگین و انحراف معیار مشخص می شود

 توزیع مقادیر توان مطلق و نسبی در تمامی فرکانس ها در پایگاه داده معیار نوروگاید هر دو معیار QEEG با توزیع گاوسی مطابقت دارد

نحوه تفسیر QEEG

از آنجا که معیارهای QEEG در پایگاه های داده معیار از توزیع گاوسی پیروی می کنند ، می توان با محاسبه z-score ، یک فرد را با جمعیت مقایسه کرد ، یعنی تعداد انحراف معیارهایی که معیار فرد از حد متوسط فاصله دارد. معمولاً z-score هایی با مقدار مطلق بزرگتر از 2 غیر معمول در نظر گرفته می شوند (از آنجا که 95٪ مقادیر در محدوده [2,2-] وجود دارند). مقادیر مثبت z-score نشان دهنده فعالیت بیشتر و مقادیر منفی نشان دهنده فعالیت کمتر است

نمودار توزیع گاوسی ، هر باند دارای عرض 1 z-score (1 انحراف معیار از میانگین) است.

در نتیجه ، معیارهای QEEG مانند توان مطلق یا نسبی را می توان با z-score در نقشه های مغزی دو یا سه بعدی نشان داد

نقشه های مغزی مقایسه توان مطلق و نسبی (در باند های فرکانسی مختلف) از یک فرد به نسبت جمعیت. مقیاس رنگی z-score را در محدوده [,33-] نشان می دهد. بنابراین، فعالیت بیشتر با رنگ قرمز (z-score > 2) و کمبود فعالیت با رنگ آبی (z-score <-2) نمایش داده می شود

نشانگرهای الکتروفیزیولوژیکی برای برخی اختلالات

تحقیقات زیادی متمرکز بر شناسایی نشانگرهای الکتروفیزیولوژیک برای برخی اختلالات است. بررسی های اخیر نشان داده اند که ADHD در کودکان معتبرترین نشانگرها را در بین مطالعات نشان داده است، همانند آنچه برای اسکیزوفرنی به دست می آید. افسردگی و وسواس اجباری (OCD) نیز نشانگرهای متوسط معتبری را نشان می دهند.

در ادامه چند الگوی رایج گزارش شده برای هر اختلال را ارائه می دهیم.

• ADHD: قابل اعتمادترین نشانگر افزایش توان مطلق در نوسانات امواج آهسته (دلتا و تتا) و توان نسبی تتا در حالت چشم بسته و باز غالبا در مناطق پیشانی است. همچنین توان بتا در حالت چشم بسته کاهش می یابد. نسبت توان تتا به بتا نیز به عنوان یک نشانگر قابل اعتماد در نظر گرفته می شود.
• اسکیزوفرنی: تجزیه و تحلیل QEEG افزایش توان مطلق در نوسانات امواج آهسته (دلتا و تتا) و کاهش آلفا در حالت چشم بسته را نشان می دهد.
• افسردگی: نشانگر غالب افزایش توان مطلق تتا و بتا برای هر دو شرایط چشم بسته و باز است و قدرت تتا در مناطق جلویی مغز افزایش می یابد (با استفاده از LORETA).

توجه به این نکته مهم است که QEEG ابزاری است که باید به عنوان مکملی برای سایر مشاهدات بالینی در نظر گرفته شود و نیاز به تفسیر نتایج توسط یک متخصص دارد.

مراحل اصلی و ابزارهای QEEG چیست؟

تجزیه و تحلیل QEEG به سه مرحله اصلی نیاز دارد:

1. ضبط EEG: نرم افزار باید فعالیت های الکتریکی مغز را در همان تسک ها و شرایطی که در پایگاه داده معیار است، حداقل 60 ثانیه EEG بدون artifact را ضبط کند. تقویت کننده EEG باید با پایگاه داده معیار مطابقت داشته باشد. هنگامی که تجزیه و تحلیل منشا سیگنال ها در مغز مورد نظر است، تعداد الکترود بیشتری برای توزیع در کل پوست سر برای به دست آوردن نتیجه مناسب توصیه می شود.

2. حذف artifact: artifact ها سیگنال هایی هستند که همراه با EEG ضبط می شوند اما منشا عصبی ندارند و ربطی به تسک انجام شده ندارند و به دو دسته فیزیولوژیکی (قلبی، حرکات چشم، فعالیت عضلانی) و غیر فیزیولوژیکی (تداخل الکتریکی ، قطع شدن الکترود) طبقه بندی می شوند. artifact ها باید قبل از آزمایش QEEG حذف شوند.

3. آزمایش و تفسیر QEEG: داده های EEG پردازش شده و بدون artifact با پایگاه داده معیار مقایسه می شود. سپس نتایج تفسیر می شود …

بررسی پایگاه داده های هنجاری QEEG

در ادامه می توانید بررسی کوتاهی بر سه پایگاه داده معیار QEEG که هم اکنون در بازار موجود است را داشته باشید.

NeuroGuide (Applied Neuroscience, Inc): شامل ضبط های حالت استراحت EC و EO است. 727 نفر (با دامنه سنی از 2 ماه تا 82 سال) و معیارهایی نظیر توان مطلق، نسبی و نسبت بین باندی، فرکانس اوج، تقارن و همبستگی ارائه می دهد. همچنین این پایگاه داده در FDA ثبت شده است. در شکل زیر تعداد نفرات در هر بازه سنی مشخص شده است

تعداد subject در هر بازه سنی در پایگاه داده معیار NeuroGuide

پایگاه داده qEEG-Pro (qEEG-Pro B.V.): شامل ضبط های حالت استراحت EC و EO است. شامل 1482 و 1232 فرد (به ترتیب چشم بسته و باز) در محدوده سنی 6-82 سال است. این پایگاه داده معیار نیز در FDA ثبت شده است.

پایگاه داده HBI (HBImed AG): شامل پنج تسک فعال (دو تسک GO / NOGO، تسک های حساب و خواندن، شناخت شنوایی و تسک شنوایی oddball) و ضبط حالت استراحت EC و EO است. شامل 300 کودک و نوجوان (7 تا 17 سال)، 500 بزرگسال (18 تا 60 سال) و 200 سالمند (بالای 61 سال) است.

شرکت فناوران سرمد پایگاه داده معیار NeuroGuide را با توجه به تاییدیه FDA و کاربرد زیاد در مقاله های علمی به عنوان پایگاه داده معیار انتخاب کرده است و با نرم افزار Assess گزارش هایی بر اساس گزارش های NeuroGuide تولید می کند.