سیستمهای EEG با الکترود خشک میتوانند درهای کاربرد علوم اعصاب را در محیطهای واقعی و بازار برای نسل جدیدی از محصولات و خدمات مبتنی بر نوروتکنولوژی باز کنند. بااینحال، بسیاری از سؤالات باز در مورد قابلیت اطمینان، دقت و کیفیت سیگنال آنها وجود دارد. این پست به خواننده استدلالهای محکمی برای انتخاب فناوری مناسب برای نیازهای کاربردی ارائه میدهد.
هدست خشک EEG چیست؟
تفاوت بین سیستمهای الکتروانسفالوگرافی (EEG) در درجه اول نوع ماده الکترولیتی استفاده شده برای بهبود هدایت بین الکترود/سنسور EEG و پوست است :
- EEG با الکترود خشک: بدون محلول و مایع
- EEG با الکترود نیمهخشک: رطوبت آب
- EEG با الکترود نمکی: محلولهای نمکی
- EEG با الکترود ژلی: ژلهای الکترولیتی
EEGهای نیمهخشک، نمکی یا مبتنی بر ژل نیز EEG مرطوب نامیده میشوند. این واقعیت که برای بهبود هدایت بین سنسور و پوست سر به مادهای نیاز است، تأثیر بسیار مهمی بر قابلیت استفاده و راحتی هدست و در نتیجه تجربه نهایی کاربر و کاربردهای احتمالی دارد.
الکترودهای خشک EEG نیازی به استفاده از هیچ مادهای ندارند و مستقیماً با پوست سر تماس پیدا میکنند. مزیت اصلی آنها این است که سریع قرار میگیرند، به هیچ ابزار اضافی مانند سرنگ یا قوطی ژل نیاز ندارند، معمولاً استفاده از آنها راحت است، نیازی به تمیزکردن سر پس از استفاده ندارند و به مراحل بهداشتی سنگین روی تجهیزات بعد از آن نیاز ندارند. عیب اصلی آنها امپدانس بالای تماس بین سنسور و پوست است که نیاز دارد لایههای سنسور و تقویتکننده خشک برای مقابله با مصنوعات و نویز بیشتر EEG باشند. این لایهها باید این نقص را با عملکرد بالاتر و ویژگیهای پیچیدهتر نسبت به فناوریهایی با الکترودهایی که از مواد الکترولیتی استفاده میکنند، جبران کنند تا به کیفیت سیگنال یکسانی دست یابند.
بر این اساس، قابلیت استفاده و راحتی بهتر سیستمهای خشک EEG میتواند هم بر قابلیت اطمینان و هم دقت دستگاه تأثیر منفی بگذارد، ویژگیهای کلیدی برای در نظر گرفتن هنگام انتخاب هدست EEG. طراحی سنسورها، تقویتکننده و کابل هدستهای خشک EEG به ویژگیهای عملکردی بسیار بالاتری نسبت به دستگاههای EEG مرطوب نیاز دارد تا سیگنال EEG با کیفیت بالا به دست آید.
هدستهای خشک EEG برای چه مواردی مفید هستند؟
یک حوزه مهم تحقیقات علوم اعصاب به یک چالش جدید میپردازد: تغییر درک رفتار انسان از سناریوهای کنترلشده در آزمایشگاههای تحقیقاتی به تنظیمات دنیای واقعی. علاوه بر این، نسل جدیدی از نوروتکنولوژیها و رابطهای مغز و کامپیوتر در حال ورود به بازارهای جدید هستند. فرصتهای تحقیقاتی و تجاری هر دو نیاز به نسل جدیدی از EEG با نیازهای بسیار جدید دارند: سهولت استفاده، راحتی، تحرک و مقاومت در برابر مصنوعات. هنگامی که بهخوبی طراحی شوند، سیستمهای خشک EEG مستقیماً همه این ویژگیها را برآورده میکنند و انطباق با موارد استفاده و سناریوهای تحقیقاتی جدیدی را ارائه میدهند که قبلاً امکان دسترسی به آنها وجود نداشت.
بهعنوانمثال، این فناوریهای خشک EEG در حال نزدیکشدن به کاربردهای تحقیقاتی و تجاری هستند که به کاربر امکان قراردادن خود را میدهند و استقلال بیشتری در سناریوهای سلامت فراهم میکنند. این نوآوری فراتر از آنچه با سیستمهای EEG مرطوب امکانپذیر است میرود.
کاربرد الکترودهای خشک EEG در مقابل الکترودهای مرطوب EEG
اگرچه میتوان از هدست خشک EEG برای ضبط EEG در تقریباً هر تنظیماتی استفاده کرد، اما هدف اصلی این فناوریها رسیدگی به محیطهای دنیای واقعی یا محصولات و خدمات حرفهای است.
یک روش آسان برای جایدادن هر دو الکترود خشک و مرطوب EEG در یک خط لوله تحقیقاتی عمومی عبارت است از:
- فاز ۱ – فاز تحقیقات اکتشافی: استفاده از فناوریهای تحقیقاتی درون آزمایشگاهی برای درک رفتار انسان در شرایط کنترلشده. در این مرحله، اولویتها بهدستآوردن اندازهگیری با تعداد زیادی سنسور، با پوشش گسترده مغز و با وضوح و دقت بسیار بالا است.
- فاز ۲ – بهینهسازی کاربرد: استفاده از تکنیکهای پردازش سیگنال EEG برای درک اینکه همبستگی عصبی زیربنایی رفتار را میتوان کجا و چگونه اندازهگیری کرد.
- فاز ۳ – فاز کاربرد محور: استفاده از فناوریهای تحقیقاتی و کاربردی خارج از آزمایشگاه (هدستهای خشک EEG) برای درک رفتار انسان در سناریوهای طبیعی. در این مورد، اولویت داشتن فناوریهای EEG آسان برای استفاده و راحت، با سنسورهایی فقط روی نواحی مرتبط مغز (اندازهگیری فقط فعالیت الکتریکی مغز موردنیاز برای اندازهگیری)، با تحرک و مقاومت در برابر مصنوعات (برای کنترل حرکات آزاد) است.
بنابراین، تمرکز اصلی کاربرد EEG مبتنی بر الکترود مرطوب معمولاً مکمل خشک EEG است، زیرا آنها در مراحل مختلف این سیر تحقیقاتی استفاده میشوند.
هدستهای خشک EEG با چگالی بالا در مقابل چگالی پایین
همانطور که قبلاً ذکر شد، الکترودهای خشک EEG با چگالی پایین برای هدف قراردادن مراحل بعدی تحقیق و توسعه طراحی شدهاند (معمولاً زمانی که فرد بر اساس تحقیقات خود یا دیگران میداند که باید مناطق مغز را اندازهگیری کند). سپس با کاهش تعداد الکترودها، طراحی هدست خشک EEG میتواند بر جنبههای دیگر مانند قابلیت استفاده، ارگونومی، راحتی و تحرک تمرکز کند. این مزیت اصلی این فناوریها است.
بااینحال، الکترودهای خشک با چگالی بالا (۳۲ الکترود یا بیشتر) را میتوان برای استفاده در همان مرحله تحقیقاتی با سیستمهای EEG مبتنی بر مرطوب با طراحی کلاه دوش طراحی کرد. در این مورد، فناوریهای خشک EEG درجه تحقیقاتی مزیت حذف ماده الکترولیتی (تمیزی تجهیزات، نیازی به شستن سر بعد از آن و غیره) را دارند، اما معمولاً قابلیت استفاده یا ارگونومی را قربانی میکنند.
ویژگیهای مهم سیستمهای خشک EEG
بهغیراز داشتن سنسورهای خشک EEG، داشتن یک سیستم اکتساب که برای کاربرد نهایی بهاندازه کافی قابلاعتماد و دقیق باشد مهم است. پیام اصلی این است که هرچه خواص الکترولیتی موردنیاز توسط سنسور کمتر باشد، عملکرد سنسور، محافظ کابل و تقویتکنندهها بالاتر است. بر اساس رایجترین ویژگیهای نشاندادهشده در ادبیات علوم اعصاب، ما در اینجا لیستی جامع از مهمترین ویژگیهایی که بر قابلیت اطمینان و دقت در یک سیستم خشک EEG تأثیر میگذارند ارائه میکنیم.
توجه داشته باشید که اگرچه تقویتکنندههای EEG که بهدرستی برای سنسورهای خشک یا نیمهخشک EEG طراحی شدهاند میتوانند با سنسورهای EEG مبتنی بر نمک یا ژل به طور کامل کار کنند، اما ممکن است برعکس آن درست نباشد و ممکن است انتظار داشته باشیم که SNR پایینتر با سطح بسیار بالای نویز داشته باشیم.
مثالهای دنیای واقعی از سیستمهای خشک EEG در استفاده
- BCI خانگی برای توانبخشی عصبی حرکتی بیماران.
- نظارت و افزایش کیفیت رانندگی.
- صرع و تشخیص تشنج
- احراز هویت مبتنی بر EEG
iEEG متخصص در توسعه دستگاههای نوآورانه با قابلیت استفاده عالی برای نظارت چندحالته است. ابزارهای نرمافزاری طراحی آزمایشها را تسهیل کرده و جمعآوری دادهها را با بیش از ۳۲ نوع حسگر همزمان آسان میسازند و تحلیل دادههای گستردهای را در برمیگیرند که طیف وسیعی از بیومتریکهای عاطفی و شناختی را پوشش میدهد.
دستگاه ثبت EEG پرتابل IEEG-8/16X تکنولوژیای است که برای تحقیقات دنیای واقعی طراحی شده است. این دستگاه کیفیت سیگنال عالی را با طراحی کاربرپسند ترکیب میکند و به نفع هر دو گروه پژوهشگران و شرکتکنندگان در مطالعه است.
نتیجهگیری
- هدستهای الکترود خشک EEG در حال شروع به باز کردن درب برای کاربرد علوم اعصاب در تنظیمات دنیای واقعی و بازار برای نسل جدیدی از محصولات (دستگاههای تحقیقاتی و پزشکی و هدستهای تجاری EEG) و خدمات مبتنی بر نوروتکنولوژی هستند. بااینحال، انتخاب یک سیستم EEG کار سادهای نیست. این دو سؤال میتواند نقطه شروع باشد:
شما در کدام مرحله از فرایند تحقیقاتی هستید؟
- اگر در مراحل اکتشافی هستید که اولویت بهدستآوردن درک عمیقی از اندازهگیری فعالیت مغز است، ممکن است بخواهید با یک سیستم EEG مرطوب شروع کنید.
- اگر در مراحل کاربردی هستید که میدانید چه چیزی باید اندازهگیری کنید (زیرمجموعهای از سنسورها) و اولویت قابلیت استفاده و راحتی است، ممکن است بخواهید یک سیستم خشک EEG را در نظر بگیرید.
آیا فقط در مورد سنسورهای خشک EEG است؟
- این در مورد سیستمهای خشک EEG، از جمله سنسورها، کابل و لایههای تقویتکننده است. انتخاب نوع سنسور به دلیل ارگونومی و قابلیت استفادهای که آنها ارائه میدهند، کاربرد را تعیین میکند، اما این انتخاب نمیتواند بدون درنظرگرفتن انتقال سیگنال – محافظت – و ویژگیهای تقویتکننده بیو سیگنال انجام شود.
- هنگامی که این را بدانید و هنوز فکر میکنید که به یک هدست خشک EEG نیاز دارید، همه چیز در مورداستفاده از این اطلاعات برای درک بهتر ویژگیها و اهمیت آنها در فرایند انتخاب است.
