الکتروانسفالوگرافی

الکتروانسفالوگرافی (EEG) روشی برای ثبت الکتروگرام از فعالیت الکتریکی روی پوست سر است که نشان‌دهنده فعالیت ماکروسکوپی لایه سطحی مغز در زیر آن است. معمولاً غیر تهاجمی است و الکترودها در امتداد پوست سر قرار می گیرند. الکتروکورتیکوگرافی، که شامل الکترودهای تهاجمی است، گاهی اوقات "EEG داخل جمجمه ای" نامیده می شود.

نقشه برداری مغز

نقشه برداری تحریک قشر مغز

MRI انتشار (dMRI) - شامل تصویربرداری تانسور انتشار (DTI) و MRI عملکردی انتشار (DfMRI). dMRI یک پیشرفت اخیر در نقشه برداری مغز است که امکان تجسم اتصالات متقابل بین بخش های مختلف آناتومیکی مغز را فراهم می کند. این امکان تصویربرداری غیرتهاجمی از ساختار فیبر ماده سفید را فراهم می کند و علاوه بر نقشه برداری می تواند در مشاهدات بالینی ناهنجاری ها، از جمله آسیب ناشی از سکته، مفید باشد.

الکتروانسفالوگرافی (EEG) از الکترودهای روی پوست سر و تکنیک های دیگر برای تشخیص جریان الکتریکی جریان استفاده می کند.

الکتروکورتیکوگرافی EEG داخل جمجمه ای، عمل استفاده از الکترودهایی که مستقیماً روی سطح در معرض دید مغز قرار می گیرند تا فعالیت الکتریکی قشر مغز را ثبت کنند.

تکنیک های الکتروفیزیولوژیک برای تشخیص بالینی

تصویربرداری رزونانس مغناطیسی عملکردی (fMRI)

محاسبات تصویر پزشکی (تحقیق مغزی استفاده های پزشکی و جراحی پیشرو از فناوری نقشه برداری)

تحریک عصبی (در تحقیقات از تحریک اغلب همراه با تصویربرداری استفاده می شود)

توموگرافی گسیل پوزیترون (PET) یک تکنیک تصویربرداری پزشکی هسته ای است که یک تصویر یا تصویر سه بعدی از فرآیندهای عملکردی در بدن تولید می کند. این سیستم جفت پرتوهای گاما را شناسایی می کند که به طور غیرمستقیم توسط یک رادیونوکلئید ساطع کننده پوزیترون (ردیاب) ساطع می شوند، که روی یک مولکول فعال بیولوژیکی به بدن وارد می شود. سپس تصاویر سه بعدی از غلظت ردیاب در بدن با تجزیه و تحلیل کامپیوتری ساخته می شود. در اسکنرهای مدرن، تصویربرداری سه بعدی اغلب با کمک سی تی اسکن اشعه ایکس بر روی بیمار در همان جلسه و در همان دستگاه انجام می شود.

نوروفیدبک

نوروفیدبک (NFB) که نوروتراپی نیز نامیده می‌شود، نوعی بیوفیدبک است که بازخوردی را در زمان واقعی از فعالیت مغز ارائه می‌کند تا عملکرد سالم مغز را از طریق شرطی‌سازی عملی تقویت کند. به طور معمول، فعالیت الکتریکی از مغز از طریق حسگرهایی که با استفاده از الکتروانسفالوگرافی (EEG) روی پوست سر قرار می‌گیرند، جمع‌آوری می‌شود و بازخورد با استفاده از نمایشگرهای ویدئویی یا صدا ارائه می‌شود. شواهد قابل توجهی وجود دارد که از نوروتراپی برای درمان عمومی اختلالات روانی حمایت می کند، [1] [2] و در طول چهار دهه انجام شده است، اگرچه هرگز در جریان اصلی پزشکی برجسته نشده است. NFB نسبتا غیر تهاجمی است و به عنوان یک گزینه درمانی طولانی مدت تجویز می شود که معمولاً یک ماه طول می کشد تا تکمیل شود.

چندین پروتکل نوروفیدبک وجود دارد که مزایای بیشتری از استفاده از الکتروانسفالوگرافی کمی (QEEG) یا تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی (fMRI) برای محلی‌سازی و شخصی‌سازی درمان دارد.[3][4] فناوری‌های مرتبط شامل نوروفیدبک با واسطه طیف‌سنجی فروسرخ نزدیک (fNIRS)، بیوفیدبک هموآنسفالوگرافی (HEG) و بیوفیدبک fMRI است.

استفاده پزشکی الکتروانسفالوگرافی

EEG یکی از تست های اصلی تشخیصی برای صرع است. یک ضبط معمول EEG بالینی معمولاً 20 تا 30 دقیقه (به علاوه زمان آماده سازی) طول می کشد. این آزمایشی است که فعالیت الکتریکی مغز را با استفاده از دیسک‌های فلزی کوچک (الکترود) متصل به پوست سر تشخیص می‌دهد. به طور معمول، EEG در شرایط بالینی برای تعیین تغییرات در فعالیت مغز استفاده می شود که ممکن است در تشخیص اختلالات مغزی، به ویژه صرع یا سایر اختلالات تشنج مفید باشد. EEG همچنین ممکن است برای تشخیص یا درمان اختلالات زیر مفید باشد:[14]

تومور مغزی

آسیب مغزی ناشی از ضربه به سر

اختلال عملکرد مغز که می تواند دلایل مختلفی داشته باشد (آنسفالوپاتی)

التهاب مغز (آنسفالیت)

سکته

اختلالات خواب

همچنین می تواند:

تشنج‌های صرع را از انواع دیگر طلسم‌ها، مانند تشنج‌های غیرصرعی روان‌زا، سنکوپ (غش)، اختلالات حرکتی زیر قشری و انواع میگرن تشخیص دهید.

افتراق آنسفالوپاتی یا دلیریوم "ارگانیک" از سندرم های روانپزشکی اولیه مانند کاتاتونیا

به عنوان یک آزمایش کمکی برای مرگ مغزی در بیماران مبتلا به کما عمل می کند

پیش آگهی در بیماران مبتلا به کما (در موارد خاص)

تعیین کنید که آیا داروهای ضد صرع را از شیر بگیرید.

گاهی اوقات، یک نوار مغزی معمولی برای تعیین تشخیص یا تعیین بهترین اقدام از نظر درمان کافی نیست. در این مورد، ممکن است تلاش هایی برای ثبت EEG در حالی که تشنج رخ می دهد، انجام شود. این به عنوان یک ضبط ictal شناخته می شود، در مقابل ضبط بین کتال که به ضبط EEG بین تشنج اشاره دارد. برای به دست آوردن یک ضبط آیکتال، یک نوار مغزی طولانی مدت معمولاً همراه با یک ضبط ویدیویی و صوتی هماهنگ با زمان انجام می شود. این کار را می توان به صورت سرپایی (در خانه) یا در طول بستری در بیمارستان، ترجیحاً در یک واحد نظارت بر صرع (EMU) با پرستاران و سایر پرسنل آموزش دیده در مراقبت از بیماران مبتلا به تشنج انجام داد. نوار مغزی ویدئویی سرپایی سرپایی معمولاً یک تا سه روز طول می کشد. پذیرش در واحد نظارت بر صرع معمولا چندین روز طول می کشد اما ممکن است یک هفته یا بیشتر طول بکشد. در حالی که در بیمارستان هستید، داروهای تشنج معمولاً حذف می شوند تا احتمال بروز تشنج در طول بستری افزایش یابد. به دلایل ایمنی، داروها در طی EEG خارج از بیمارستان حذف نمی شوند. بنابراین، نوار مغزی ویدئویی سرپایی از مزیت راحتی برخوردار است و هزینه کمتری نسبت به پذیرش در بیمارستان دارد، اما ضرر آن کاهش احتمال ثبت یک رویداد بالینی است.

مانیتورینگ صرع معمولاً برای تشخیص تشنج‌های صرع از انواع دیگر طلسم‌ها، مانند تشنج‌های غیرصرعی روان‌زا، سنکوپ (غش)، اختلالات حرکتی زیر قشر مغز و انواع میگرن، برای مشخص کردن تشنج‌ها برای اهداف درمانی و محلی‌سازی انجام می‌شود. ناحیه ای از مغز که تشنج از آن منشأ می گیرد تا جراحی احتمالی تشنج را بررسی کند. بیمارستان ها از مانیتور EEG برای کمک به تشخیص تشنج استفاده می کنند. آنها از این اطلاعات برای کمک به روند درمان و همچنین کشف خطرات استفاده می کنند. بسیاری از متخصصان اهمیت EEG را در مورد تشنج های مشکوک برای تشخیص و ارزیابی بیان کرده اند[15]. پزشکان می توانند از سیستم مانیتورینگ EEG برای کمک به بررسی برخی گزینه های درمانی و همچنین برخی از عوامل خطر استفاده کنند. با پیشرفت فناوری، محققان در حال یافتن مانیتورهای جدیدی هستند که در مورد تشنج دقیق تر هستند. "تکنیک های پیشرفته با EEG مداوم و تکنیک ساده شده با aEEG به پزشکان اجازه می دهد تا تشنج های بیشتری را در کنار تخت تشخیص دهند." aEEG مخفف الکتروانسفالوگرافی یکپارچه دامنه است و می تواند هر گونه فعالیت الکتریکی مغز را درست مانند مانیتور EEG تشخیص دهد. مانیتور aEEG می تواند نظارت کند. عملکرد مغز برای مدت طولانی، در حالی که یک مانیتور EEG فقط می تواند عملکرد مغز را برای چند ساعت تا چند روز کنترل کند. اثرات

علاوه بر این، EEG ممکن است برای نظارت بر عمق بیهوشی، به عنوان یک شاخص غیرمستقیم پرفیوژن مغزی در اندارترکتومی کاروتید، یا برای نظارت بر اثر آموباربیتال در طول آزمایش وادا استفاده شود.

EEG همچنین می‌تواند در بخش‌های مراقبت‌های ویژه برای نظارت بر عملکرد مغز برای نظارت بر تشنج‌های غیر تشنجی/صرع وضعیت غیر تشنجی، برای نظارت بر اثر آرام‌بخش/بی‌هوشی در بیماران در کما ناشی از پزشکی (برای درمان تشنج‌های مقاوم به درمان یا افزایش صرع داخل جمجمه‌ای) استفاده شود. فشار)، و برای نظارت بر آسیب ثانویه مغزی در شرایطی مانند خونریزی زیر عنکبوتیه (روش تحقیقاتی در حال حاضر).

اگر بیمار مبتلا به صرع برای جراحی رزکتیو در نظر گرفته شود، اغلب لازم است که کانون (منبع) فعالیت مغزی صرعی با وضوحی بیشتر از آنچه توسط EEG پوست سر ارائه می شود، موضعی شود. این به این دلیل است که مایع مغزی نخاعی، جمجمه و پوست سر پتانسیل الکتریکی ثبت شده توسط EEG پوست سر را لکه دار می کنند. در این موارد، جراحان مغز و اعصاب معمولا نوارها و شبکه‌هایی از الکترودها (یا الکترود عمق نفوذی) کاشت می‌کنند.

الکتروانسفالوگرافی

الکتروانسفالوگرافی (EEG) روشی برای ثبت الکتروگرام از فعالیت الکتریکی روی پوست سر است که نشان‌دهنده فعالیت ماکروسکوپی لایه سطحی مغز در زیر آن است. معمولاً غیر تهاجمی است و الکترودها در امتداد پوست سر قرار می گیرند. الکتروکورتیکوگرافی، شامل الکترودهای تهاجمی، گاهی اوقات EEG داخل جمجمه نامیده می شود.

EEG نوسانات ولتاژ ناشی از جریان یونی در نورون های مغز را اندازه گیری می کند.[1] از نظر بالینی، EEG به ثبت فعالیت الکتریکی خود به خودی مغز در طول یک دوره زمانی اشاره دارد، همانطور که از چندین الکترود قرار داده شده بر روی پوست سر ثبت شده است.[1] کاربردهای تشخیصی عموماً بر روی پتانسیل های مرتبط با رویداد یا بر محتوای طیفی EEG تمرکز دارند. اولی نوسانات بالقوه زمان قفل شده برای یک رویداد را بررسی می کند، مانند "شروع محرک" یا "فشار دکمه". دومی نوع نوسانات عصبی (که معمولاً "امواج مغزی" نامیده می شود) را که می توان در سیگنال های EEG در حوزه فرکانس مشاهده کرد، تجزیه و تحلیل می کند.

EEG اغلب برای تشخیص صرع استفاده می شود که باعث ناهنجاری در خواندن EEG می شود.[2] همچنین برای تشخیص اختلالات خواب، عمق بیهوشی، کما، آنسفالوپاتی ها و مرگ مغزی استفاده می شود. EEG یک روش خط اول تشخیص برای تومورها، سکته مغزی و سایر اختلالات مغزی کانونی بود، [3] [4] اما این استفاده با ظهور تکنیک‌های تصویربرداری آناتومیک با وضوح بالا مانند تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) کاهش یافته است. و توموگرافی کامپیوتری (CT). علیرغم وضوح فضایی محدود، EEG همچنان یک ابزار ارزشمند برای تحقیق و تشخیص است. این یکی از معدود تکنیک های موبایل موجود است و وضوح زمانی با برد میلی ثانیه ارائه می دهد که با CT، PET یا MRI امکان پذیر نیست.

مشتقات تکنیک EEG شامل پتانسیل‌های برانگیخته (EP) می‌شود که شامل میانگین‌گیری فعالیت EEG در زمان ارائه یک نوع محرک (بصری، حسی، جسمی یا شنوایی) است. پتانسیل‌های مرتبط با رویداد (ERP) به پاسخ‌های EEG متوسطی اشاره دارد که برای پردازش پیچیده‌تر محرک‌ها قفل شده‌اند. این تکنیک در علوم شناختی، روانشناسی شناختی و تحقیقات روانی فیزیولوژیکی استفاده می شود.

بهبود اندازه‌گیری‌های مکانی-زمانی میدان‌های بصری برانگیخته با استفاده از مغناطیس‌سنج‌های پمپ‌شده نوری

خلاصه

پیشرفت‌های اخیر در عملکرد و کاربردی مغناطیس‌سنج‌های پمپ‌شده نوری (OPMs) قابلیت‌های جدیدی را در نقشه‌برداری غیرتهاجمی عملکرد مغز از طریق مگنتوآنسفالوگرافی فعال کرده است. به طور خاص، فقدان شرایط عملیاتی برودتی امکان قرار دادن انعطاف‌پذیرتر سر حسگرها را در نزدیکی مغز فراهم می‌کند که منجر به بهبود وضوح فضایی و قابلیت‌های محلی‌سازی منبع می‌شود. از طریق ضبط میدان‌های مغزی برانگیخته بصری (VEF)، نشان می‌دهیم که نزدیکی حسگر می‌تواند برای بهبود وضوح زمانی مورد سوء استفاده قرار گیرد. ما از OPM ها و دستگاه های تداخل کوانتومی ابررسانا (SQUID) برای مرجع برای اندازه گیری پاسخ مغز به محرک های فلاش و معکوس الگو استفاده می کنیم. ما سیگنال‌های بسیار تکرارپذیر را با سازگاری در بین شرکت‌کنندگان متعدد، الگوهای محرک و روش‌های حسگر پیدا می‌کنیم. مزیت وضوح زمانی OPM ها در مقایسه با SQUID ها در بهبود دو برابری آشکار می شود. قابلیت ردیابی سیگنال مکانی-زمانی بهبودیافته با ضبط برداری همزمان VEFها در قشر بینایی اولیه و انجمنی نشان داده شده است، جایی که یک تاخیر زمانی در حد 10-20 میلی ثانیه به طور مداوم یافت می شود. این امر راه را برای مطالعات فضایی-زمانی بیشتر ردیابی سیگنال عصبی فیزیولوژیکی در پردازش محرک بینایی و سایر پاسخ‌های مغزی، با پیامدهای بالقوه گسترده برای نقشه‌برداری زمان حیاتی عملکرد در مغزهای سالم و آسیب‌شناس هموار می‌کند.

معرفی

در طول قرن گذشته، پیشرفت‌های برجسته در فیزیک پزشکی منجر به توسعه تکنیک‌های تصویربرداری عصبی عملکردی غیرتهاجمی شده است1،2،3. این بینش های قابل توجهی در مورد عملکرد مغز و اتصال ارائه کرده است. پیشرفت‌های مهم در تکنیک‌های تصویربرداری عصبی مدرن امکان بررسی الگوهای عصبی مرتبط با تحریک‌های خاص را فراهم کرده است و اطلاعاتی درباره ویژگی‌های مکانی و زمانی سیگنال ارائه می‌دهد. مطالعات قبلی نشان داده‌اند که تجزیه و تحلیل مکانی-زمانی سیگنال‌های مغز نه تنها برای درک مکانیسم‌های اساسی مدارهای مغز ضروری است، بلکه نشانگرهای زیستی قابل اعتمادی را برای تمایز فعالیت فیزیولوژیکی و پاتولوژیک مغز در بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی فراهم می‌کند. حتی امکان پیش‌بینی پیشرفت بالینی یا پاسخ‌های درمانی وجود دارد. با این حال، تحقق دامنه کامل محلی‌سازی زمانی و مکانی سیگنال‌های مغزی با وضوح ذاتاً پایین مکانی-زمانی روش‌های موجود در حال حاضر مختل می‌شود.

تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی قادر به نقشه برداری از مناطق فعال مغز با وضوح فضایی بالا است، اما تنها وضوح زمانی پایین ([خطای پردازش ریاضی]) را ارائه می دهد، زیرا تغییرات اندازه گیری شده محلی در جریان خون با فعالیت عصبی هماهنگ نیست. الکتروانسفالوگرافی (EEG) یک روش تصویربرداری عصبی بلادرنگ، با قابلیت محلی‌سازی منبع محدود و وضوح فضایی ([خطای پردازش ریاضی]) است.

Magnetoencephalography (MEG) یک روش بلادرنگ جایگزین با وضوح فضایی بهبود یافته از لحاظ نظری ممکن است، قادر به اندازه‌گیری پتانسیل‌های پس سیناپسی سلول‌های هرمی مماسی در سطح پوست سر است. تحقیقات اخیر نشان داده است که MEG می‌تواند برای ارزیابی سیگنال‌های غیرطبیعی قشر مغز در بیماران مبتلا به بیماری آلزایمر، بیماری پارکینسون، اختلال طیف اوتیسم، و در موارد شدید اختلال استرس پس از سانحه مورد استفاده قرار گیرد. با این حال، MEG از نسبت سیگنال به نویز پایین (SnR) رنج می‌برد و استفاده از آن به اتاق‌های دارای محافظ مغناطیسی (MSRs) محدود می‌شود. محیط‌های محافظ مغناطیسی برای فرونشاندن نویزهای مغناطیسی محیطی استفاده می‌شوند، که اغلب مرتبه‌های بزرگ‌تر از میدان‌های عصبی مغناطیسی (محدوده fT تا pT) هستند.

به طور سنتی، MEG برای اندازه‌گیری میدان‌های مغناطیسی مغز به آرایه‌ای از دستگاه‌های تداخل کوانتومی ابررسانا (SQUID) متکی است.

با تثبیت آرایه حسگر در داخل یک دیوار برودتی مورد نیاز، مکان‌های حسگرهای جداگانه باید به گونه‌ای مرتب شوند که اکثریت قریب به اتفاق اندازه‌ها و شکل‌های هد را مطابقت دهد. موقعیت های ثابت منجر به انحراف شعاعی مختلف از سر سوژه می شود. همراه با حرکات کوچک سر از سوژه در طول اندازه‌گیری، موقعیت‌های آفست و ثابت تأثیر عمده‌ای بر تشخیص فعالیت بالقوه قشر مغز دارند. به طور خاص، دقت نظری قابل دستیابی محلی سازی منبع سیگنال از بین می رود. این امر باعث می شود SQUID-MEG در بسیاری از موارد، به ویژه در زمینه بالینی، غیر عملی باشد.

مغناطیس‌سنج‌های پمپ‌شده نوری (OPM) بدون تبادل اسپین بسیار حساس (SERF) که در آغاز هزاره ۲۰ ساخته شدند، می‌توانند به غلبه بر وضوح فضایی محدود SQUID-MEG کمک کنند. OPM-MEG با قابلیت ثابت شدن روی سر سوژه 22، فاصله افست کمتر از SQUIDS و توانایی اندازه گیری دو محوره همزمان، OPM-MEG مزایای متعددی نسبت به SQUID-MEG دارد، از جمله مناسب بودن آن برای کاربردها در جمعیت های کودکان و بالینی.

هدف از این مطالعه نشان دادن توانایی بهبود یافته OPM-MEG با ثبت ویژگی های مکانی-زمانی سیگنال های عصبی فیزیولوژیکی و مقایسه آنها با SQUID-MEG معمولی بود. به‌عنوان یک مورد آزمایشی اولیه، ما پاسخ‌های قشر بینایی را برای تحریک‌های بینایی استاندارد تعیین کرده‌ایم، با پاسخ‌های اندازه‌گیری شده در زمینه‌ای که به خوبی مشخص شده است. ما دریافتیم که OPM-MEG در ردیابی سیگنال مغز در فضا و زمان نسبت به SQUID-MEG برتری دارد و روشی مناسب برای ارائه اطلاعات جدید در مورد انتشار سیگنال‌ها، مکان‌یابی منبع، سرعت عصبی و مدارهای مغزی بسیار فراتر از پردازش محرک‌های بصری است.

الکتروانسفالوگرافی

الکتروانسفالوگرافی (EEG) یک روش پایش الکتروفیزیولوژیک برای ثبت فعالیت الکتریکی مغز است. این نوع الکترودها در امتداد پوست سر قرار می گیرند ، معمولاً غیر تهاجمی است ، اگرچه در الکترودهای تهاجمی ، گاهی اوقات از الکترودهای تهاجمی استفاده می شود. EEG نوسانات ولتاژ ناشی از جریان یونی در سلولهای عصبی مغز را اندازه گیری می کند.  از نظر بالینی ، EEG به ضبط فعالیت الکتریکی خود به خودی مغز در طی یک دوره زمانی زمانی اشاره دارد ، همانطور که از چندین الکترود قرار داده شده بر روی پوست سر ثبت شده است.  

نقشه برداری مغز

تصویربرداری رزونانس مغناطیسی

الکتروانسفالوگرافی

توموگرافی گسیل پوزیترون

تصویربرداری عصبی

مزایا و نگرانی های تکنیک های عصبی سازی

4.1 تصویربرداری رزونانس مغناطیسی عملکردی (fMRI)

4.2 اسکن توموگرافی کامپیوتری (CT)

4.3 توموگرافی انتشار پوزیترون (PET)

4.4 مغناطیس سفالوگرافی (MEG) و الکتروانسفالوگرافی (EEG)

علوم اعصاب ، فناوری ها و کاربردهای تصویربرداری از مغز

پیشرفت در نورو تصویربرداری و تصویربرداری از مغز

تصویربرداری چند حالته اولیه و بالینی

رفتار و نوروپلاستیک

مهندسی زیستی فناوری عصبی ، بینایی و فناوری های کم بینایی

فناوری تصویربرداری زیست پزشکی