بخشی از مقاله
چکیده
- با توجه به گ سترش روزافزون ا ستفاده از و سایل ارتباط جمعی و مودمهای بی سیم، برر سی تاثیرات امواج ساطع شده از این و سایل بر روی مغز بهخصوص سیگنالهای مغزی حائز اهمیت است. این مقاله تاثیرات امواج فرکانس بالای مودم بیسیم را بر روی سیگنال الکتروانسفالوگرام بررسی میکند. در این آزمایش الکتروانسفالوگراف برای 15 داوطلب در دو مرحله بدون تابش امواج الکترومغناطیسی و در حضور امواج الکترومغناطیسی ثبت شد. بررسیهای آماری توان متوسط در باندهای فرکانسی مختلف، تغییرات معنیداری را در برخی باندها نشان میدهد.
کلید واژه- امواج مایکروویو، میانگین توان، سیگنال مغزی.
-1 مقدمه
امروزه بررسی تاثیرات امواج الکترومغناطیسی روی سلامت انسان مورد بحث محققان است. تابش الکترومغناطیسیعمدتاً به دو دسته تقسیم میشود: - 1 تابش یونیزان - 2 تابش غیریونیزان. تابش یونیزان قسمت بالای طیف الکترومغناطیس است که انرژی کافی برای جداسازی الکترونها از اتمها یا مولکولها را دارد و میتواند آنها را یونیزه کند.[1] از آسیبهای تابش یونیزان با دوز بالا، میتوان به آسیب DNA و نقص مادرزادی اشاره کرد[2]،.[1] تابش غیریونیزان قسمت پایین طیف الکترومغناطیسی با انرژی کمتری میباشد و فقط میتواند باعث لرزش اتمها و مولکولها شود ولی نمیتواند باعث شک ستن پیوند اتمی شود.[1]
تاثیرات بیولوژیکی تابش غیریونیزان در وهله اول، تاثیرات گرمایی ناشی از جذب انرژی الکترومغناطیسی توسط بافتهای بدن میباشد که به صورت توان جذب شده در حجم بافت 1 - SAR - قابل اندازهگیری ا ست و واحد آن - w/kg - میبا شد.[1] امواج فرکانس بالا بسته به میزان SAR، و حرارت، میتوانند اثرات مشابهی روی ساختار بیولوژیکی ان سان دا شته با شند.[3] این تابشها علاوه بر تاثیرات گرمایی، میتواند تاثیرات شناختی نیز بر روی سیگنالهای مغز انسان داشته باشد.سیگنال الکتروانسفالوگرام - EEG - حاوی اطلاعات فعالیتهای الکتریکی سلولهای عصبی کورتکس مغز میباشد که در فرکانسهای مختلف قابل اندازهگیری است.[4] این سیگنالها به عنوان خروجی یک سیستم غیرخطی در نظر گرفته میشوند.[5]
سیستمهای غیرخطی دینامیکی مانند شبکههای عصبی که باعث تولید سیگنال EEG میشوند، رفتار آشوبگونهای را نشان میدهند. تولید سیگنال EEG را میتوان با ا ستفاده از مجموعه معادلات دیفرانسیل غیرخطی توصیف کرد.[3]Curcio در سال 2005 تاثیر امواج موبایل با فرکانس 902/40 مگاهرتز و با توان 0/25 وات را بر روی سیگنال 20 EEG داوطلب در دو حالت قبل از تابش و حین تابش بررسی کرد. نتایج نشان داد گروه تحت تابش در مقایسه با گروه تابش دروغین افزایش طیف توان در باند آلفا داشتند. این افزایش در گروه حین تابش بیشتر از قبل تابش بود.[6]در آز مایشی دیگر گروهی ت حت تابش 30 دقی قهای م یدان الکترومغناطیسی با فرکانس 900 مگاهرتز در دو حالت موج پیوسته و مدولاسیون پالسی قرار گرفتند و در طول آزمایش برای داوطلبین تستهای شناختی انجام شد.
سیگنال EEG بلافاصله بعد از تابش و 30 و60 دقیقه بعد از تابش ثبت شد. تابش میدان الکترومغناطیسی در حالت مدولاسیون پالسی موجب کاهش سرعت واکنش و افزایش دقت در تست های حافظه و همچنین افزایش طیف توان در سیگنال EEG به اندازه 10/5 تا 11 هرتز شد. در حالت موج پیوسته تاثیری مشاهده نشد.[7]در سال 2009 نتایج حا صل از تابش میدان الکترومغناطی سی از دو دستگاه مودم بیسیم و تلفن بیسیم که به ترتیب فرکانس 900 م گاهرتز و 2400 م گاهرتز ساطع میکرد ند[8] و در سالهای 1997 و2000 نتایج حا صل از تابش موبایل با فرکانس 900 و 1800 م گاهرتز[9]،[10] ت فاوت معنیداری در باندهای فرکانسی، در هیچیک از مطالعات نشان داده نشد. در مطالعه دیگری توسط M. Khalid در سال 2011 بیشترین چگالی طیف توان ساطع شده از فا صله 0/5 متری لبتابی که به مودم بیسیم متصل است حدود 220 ʽw/m2 و همچنین بیشترین SAR اندازهگیری شده در یک کودک 10 ساله با فاصله 34 سانتیمتر از آنتن حدود 80 ʽW/kg اندازهگیری شد .[11]
تفاوت نتایج گزارش شده بین مطالعات، میتواند دلایل مختلفی داشته باشد، از جمله این عوامل میتوان به تفاوت پروتکلهای آزمایش و تنظیمات دستگاهها و یا مدت زمان تابش انجام شده در آزمایش اشاره کرد.هدف از این مطالعه به دست آوردن تاثیرات کوتاه مدت امواج فرکانس بالای مودم بی سیم بر روی سیگنال EEG مغز ان سان با استفاده از تحلیل توان متوسط در باندهای فرکانسی تتا - 8-4 هرتز - ، آلفا - 8-12 هرتز - ، آلفای بالا - 15-12 هرتز - و ب تا - 35-15 هرتز - در دو مرحله قبل از تابش و در حین تابش امواج الکترومغناطیسی، و مقایسه آنها میباشد. بدین منظور در فصل دوم روشهای آزمایش و ثبت دادهها برای تحلیل آنها شرح دادهمیشود. فصل سوم روشهای انتخابی برای آمادهسازی دادهها برای استخراج ویژگی معرفی میشود و سپس محاسبه توان متوسط در حالات مختلف و نتیجهگیری آماری از آنها شرح دادهمیشود.
-2 روشهای آزمایش
1؛-2 ثبت داده
این آزمایش بر روی 15 نفر داوطلب خانم 21 - تا 30 ساله - ، جهت ثبت سیگنال مغزی در دو حالت بدون تابش و در حضور تابش امواج الکترومغناطیسی، به ترتیب به مدت 5 و 15 دقیقه انجام شد. گروههای مورد آزمایش، سالم و بدون هیچگونه مشکل روانی بودند. برای ایزولا سیون محیط آزمای شگاه، از قفس فارادی، ساخته شده از دولایه تور سیمی گالوانیزه استفاده شد و همچنین برای کاهش نویز از روکش آلومینیومی برای سیم الکترود ها استفاده شد. در طول آزمایش افراد با چشمان باز و در راحتترین حالت ممکن قرار گرفتند. شکل 1 نشاندهنده تشکیلات و محیط آزمایشگاه شامل قفس فارادی و نحوه قرارگیری افراد و دستگاهها برای ثبت سیگنال را نشان میدهد.دستگاه تابش مورد استفاده در این آزمایش مودم بیسیم Siemens مدل SL2-141/SL2-141-I با استاندارد 802.11 است. استاندارد 802.11 حداکثر توان تابش را برای دستگاههای انتقال دهنده اطلاعات مشخص میکند.[11]
دستگاه تابش در فاصله ثابت 20 سانتیمتر از سر و در یک جهت ثابت برای همه افراد قرار گرفت. توان خروجی مودم مورد استفاده در این آز مایش با است فاده از دست گاه Spectrum Analyzer اندازهگیری شد که مقدار آن -17/6 dbm بود. میزان جذب امواج رادیویی در با فت های بدن با افزایش فر کانس راب طه عکس دارد.[12] فرکانس تابش مودم با دستگاه فرکانس متر پرتابل Lutron مدل FC-2500 A ا ندازهگیری شد که دارای م قدار 2/476 گیگاهرتز است.در این آزمایش برای ثبت سیگنال مغزی، دستگاه 8 Powerlab کاناله مورد استفاده قرار گرفت. الکترودها از جنس Ag/AgCl و طبق استاندارد 10-20 جایگذاری شده بودند. فدراسیون بینالمللی الکتروانسفالوگرافی و نوروفیزیولوژی بالینی، تنظیمات قرارگیری الکترود های نوار مغز را برای 21 الکترود ت حت عنوان استاندارد 10-20 پیشنهاد دادهاست. ثبت داده برای 5 کانال به صورت تفاضلی انجام شد. محل قرار گرفتن الکترودها در شکل 2 نمایش داده شدهاست.
؛-2 حذف نویز و آرتیفکت
سیگنالهای مغزی خام، دامنهای به اندازه چند میکروولت و فرکانسی تا حدود 100 هرتز دارند. آنالیز سیگنالهای مغز و استخراج ویژگی از آن ها کار بسیار دشواری است زیرا آرتیفکتهای بیولوژیکی و نویزهای خارجی محیط به راحتی روی آن تاثیر میگذارند.[13] آرتیفکتها سیگنالهای ناخواستهای هستند که میتوانند تغییرات قابل توجهی در اطلاعات مفید سیگ نال های مغزی ای جاد کن ند و روی آن تاثیرات نامطلوبی بگذارند. آرتیفکت های فیزیولوژیک از فعالیتهای مختلف بدن ناشی میشوند.آرتیفکت ناشی از سیگنال قلب در فرکانس 1 هرتز و آرتیفکت حاصل از سیگنال ماهیچهها حدود 30 هرتز به بالا نمایش داده می شود و نویزهایی که از طریق برق شهر ایجاد می شوند حدود 50 هرتز میباشد.[14]
برای به دست آوردن اطلاعات ارزشمند و آنالیز صحیح، سیگنالهای خام مغزی باید قبل از پردازش توسط فیلترهایی حذف نویز و آرتیفکت شوند.[5] این فیلترها باید به گونهای طراحی شوند که در حین کاهش نویز و آرتیفکت کمترین تغییر را در اطلاعات اصلی ایجاد کنند.برای حذف آرتیفکتهایی با باند فرکانسی مشخص میتوان از فیلتر استفاده کرد. فیلتر بالاگذر با فرکانس قطع 1 هرتز برای حذف سیگنالهای بیولوژیکی نظیر آرتیفکت حاصل از ماهیچه قلب یا تنفس و فیلتر پایین گذر با فرکانس قطع 40 هرتز برای حذف آرتیفکت EMG، تعبیه شد.
پهنای باند موثر سیگنال های مغزی تقریبا حدود 100 هرتزمیباشد. برای بسیاری از کاربردها این پهنای باند ممکن است نصف این مقدار باشد. بنابراین فرکانس نمونهبرداری 200 نمونه در ثانیه میتواند شرایط لازم برای قانون نایکوئیست را برآورده کند .[5] قضیه نمونهبرداری نایکوئیست، شرط امکان بازیابی سیگنال اولیه از نمونههای آن در جریان دیجیتال کردن آن را بیان میکند . در این آزمایش فرکانس نمونهبرداری 250 نمونه بر ثانیه انتخاب شدهاست.برای تجزیه و تحلیل دقیق سیگنال EEG جهت کاربردهای تحقیقاتی و یا تشخیصهای پزشکی، حذف آرتیفکتهای ناشی از منابع خارج از مغز، امری ضروری ا ست. فر ضیه جدا سازی منابع کور 2 - BSS - بر مب نای مست قل بودن م نابع مغزی از م نابع آرتیفکت ا ست. در واقع هدف به د ست آوردن منابع ا صلی مغز و حذف منابع آرتیفکت میباشد.
الگوریتمهای متفاوتی در سالهای اخیر برای جداسازی منابع کور پیشنهاد شدهاست مانند آمارگان مرتبه بالا - HOS - ، آمارگان مرتبه دوم - SOS - و تجزیه مولفههای اصلی [15] - ICA - ،.[16]روش تجزیه و تحلیل مولفه مستقل - ICA - برای تجزیه خطی یک بردار داده چند بعدی، به مولفه های مستقل آماری استفاده میشود. فرض بر این است که هر سیگنال مورد پردازش، از ترکیب خطی سیگنالهای مستقل تشکیل شدهاست.[17]تجزیه و تحلیل مولفه م ستقل برای حذف آرتیفکت با ا ستفاده از جعبهابزار EEGLAB در نرمافزار MATLAB انجام شد. به این ترتیب، منابعی که منشأ وجود آرتیفکت در مغز بودند بعد از شناسایی، حذف شدند و سیگنال برای استخراج ویژگی به شکل مطلوبی درآمد.
3 نتایج و بحث
1؛-3 تغییرات باند فرکانسی
برای استخراج ویژگی، در دو حالت قبل از تابش و حین تابش امواج الکترومغناطیسی، توان متوسط امواج مغزی برای چهار باند فرکانسی تتا - 4-8 هرتز - ، آلفا - 8-12 هرتز - ، آلفای بالا - 12-15 هرتز - و بتا - 15-35 هرتز - بر روی همه افراد و به تفکیک کانالها در هر مرحله با روش Bandpower در نرمافزار MATLAB محاسبه شد. این روش توان متوسط را در یک بازه فرکانسی مشخص از طریق پریودوگرام اصلاح شده محاسبه میکند. در این
