بخشی از مقاله
چکیده
سیگنالهای مغزی الکتروانسفالوگرافی که در سالهای اخیر بسیار مورد توجه پژوهشگران حوزه عصبشناسی قرار گرفتهاند، کاربردهای حیاتی مهمی در زمینه های مختلف پزشکی و همچنین سیستمهای رابط کامپیوتری با مغز دارند. این سیگنالها بر روی پوست سر ظاهر میشوند و عمدتا در 5 باند فرکانسی مختلف دلتا، تتا، آلفا، بتا و گاما تقسیمبندی میشوند. همگام سازی و ارتباط بین این باندهای فرکانسی، تزویج فرکانس متقابل نامیده می-شود. تزویج فرکانس متقابل می تواند به عنوان تعامل متقابل بین دامنه، فاز و فرکانس سیگنال مشاهده شود.
در این مقاله از سیگنال های الکتروانسفالوگرافی که از ده فرد در حین مشاهده 12 دسته تصویر مختلف شامل تصاویر حیوان، گل، غذا، میوه، ساختمان، لوازم تحریر، عروسک، جواهرات، لباس، وسایل حمل و نقل، اعضای بدن و لوازم الکتریکی گرفته شده، جهت بررسی تزویج فرکانسی موجود استفاده شده است. ویژگی های تزویج به دو طریق استخراج شدهاند که عبارتند از: درون الکترودها و بین پنج ناحیه مغزی شامل نواحی جلویی، مرکزی، آهیانه ای، گیجگاهی و پس سری و جهت استخراج ویژگی از روش اسکالرضریب همبستگی و اطلاعات متقابل استفاده شده و جهت طبقه بندی ویژگی ها، از طبقه بندی کننده ماشین بردار پشتیبان چندکلاسه و کلاسبندی K همسایگی نزدیک - - KNN استفاده شده است. نتایج به دست آمده از طریق استخراج ویژگی و انتخاب ویژگیهای برتر برای بررسی میزان تزویج فرکانس= فرکانس اطلاعات ناحیهای و بین ناحیهای نواحی مختلف مغزی مورد بررسی و ارزیابی قرار داده شده است.
-1 مقدمه
همواره نحوه عملکرد مغز در فرآیندهای شناختی پیچیده برای انسان به عنوان یک چالش بزرگ مطرح بوده است. اینکه چه فرآیندهایی در مغز رخ میدهد تا مغز قادر به بازشناسی الگوها و محرکهای گوناگون میگردد، مسئله اساسی در این زمینه است. این امر بهویژه در قرن بیستم و در سالهای اخیر بیشتر مورد توجه قرار گرفته است و دانشمندان علوم اعصاب در این عرصه پژوهشها و تحقیقات گستردهای در جهان داشته و دارند که یافتههای این تحقیقات در تشخیص و درمان بیماریها و سیستمهای واسط مغز و رایانه مورد استفاده قرار گرفته است.
این سیگنالها دارای باندهای فرکانسی مختلفی هستند که همگام سازی و ارتباط بین این باندهای فرکانسی، تزویج فرکانس متقابل نامیده می شود که در علوم اعصاب1 کاربردهای زیادی دارد. از این تزویج ها، می توان جهت استخراج ویژگی استفاده کرد.
مغز انسان، حدود %2 وزن کل بدن انسان را تشکیل می دهد ولی حدود % 20 اکسیژن بدن را مصرف می کند. مغز انسان را از نظر سازمانی به سه بخش کلی تقسیم می کنند. ساقه مغز، مخچه و قشای مغز. در شکل - 1 - قسمت های مختلف مغر دیده می شود.
شکل - - 1، نواحی مختلف مغز
قشای مغز را می توان به بخشهای زیر از نظر کاری که انجام می دهند تقسیم کرد:
- 1 بخش پیشانی: قسمتی از نیمکره های راست و چپ که درست در جلوی شیار مرکزی، قشر حرکتی اولیه قرار دارد و کنترل عصبی روی نورون های حرکتی ایجاد می کند. این نواحی در گرد آوری اطلاعات از دیگر بخش ها برای اصلاح فعالیت های عصبی نقش دارند. در کل بخش پیشانی مرکز شعور، منطق، تفکر و تا حدودی حافظه است.
- 2 بخش مرکزی: بخش مرکزی در اصطلاع به مغز اول مشهور شده و از اینجاست که تمام اطلاعات، پس از بررسی و فیلتر شدن می توانند به سایر نقاط مغز رسوخ کنند.
- 3 بخش آهیانه ای: این قسمت از پشت به بخش پس سری و از جلو به یک فرو رفتگی مهم که از چپ به راست امتداد دارد و شیار مرکزی نامیده می شود، متصل است. یکی از نواحی بخش آهیانه ای مسئول دریافت سیگنال های حسی از هر ناحیه ای از بدن است و ناحیه ای در قسمت جلوتر که به ادراکات حسی، تشخیصی که مرتبه بالاتری دارند - مانند توانایی شناخت اشیاء مختلف - و خود آگاهی مربوط می شود.
- 4 بخش گیجگاهی: این بخش قسمت پایینی میانی هر یک از نیمکره ها را اشغال می کند. این بخش در طرف راست نقش مهمی از نظر تشخیص رنگها داشته و در طرف چپ تأثیر مهم آن در تکلم انسان است، همچنین بخشهای گیجگاهی راست و چپ با هم نقش مهمی در فعال نگهداشتن حافظه دارند. دروازه اصلی ورود اطلاعات محیطی به مغز و ثبت آنها در گرو سلامتی بخش گیجگاهی است . از این مکان است که اطلاعات منتشر شده از محسوسات محیطی به نقاط دیگر مغز مخصوصاً لوبهای پیشانی می روند.
- 5 بخش پس سری: این بخش در قسمت عقب سر قرار دارد. بخش پس سری مسئولیت بینائی را عهدهدار بوده و آسیب رسیدن به این ناحیه شخص را بطور کامل یا محدود نابینا میکند
-2 باندهای فرکانسی موجود در سیگنالهای الکتروانسفالوگرافی
مغز انسان متشکل از میلیونها سلولی است که هر کدام عملی متفاوت را انجام میدهند. از این رو در هر لحظه و در هر جای مغز ترکیب مختلفی از انواع فرکانس ها را می توان داشت. وجود ریتم های مغزی الکتروانسفالوگرافی نشان دهنده آن است که میلیون ها سلول در مغز به صورت هماهنگ در حال فعالیت هستند. فرکانس این نوسانات با افزایش تعداد نورون هایی که به صورت همزمان عمل می کنند، کاهش می یابد. شدت امواج مغز در سر حدود 10 میلی ولت است ولی شدت این امواج در سطح پوست سر به حدود 100 میکروولت کاهش می یابد. فرکانس این نوسانات از 0,5 تا 100هرتز است و مشخصات آن ها کاملاً به فعالیت در قشر مغز بستگی دارد و بطور بارزی بین حالات مختلف تغییر میکنند. در این بخش انواع باندهای فرکانسی سیگنال الکتروانسفالوگرافی شرح داده میشود.
-1-2 باند فرکانسی دلتا - Delta< 4 Hz -
شامل کلیه امواج الکتروانسفالوگرافی با فرکانس کمتر از 4 هرتز است و دامنه آن حدود 3 تا 4 برابر دامنه دیگر امواج مغزی است. این باند فرکانسی در نوزادان در حالت بیداری و در بزرگترها هنگام خواب عمیق مشاهده می-شود. در این حالت شخص در حالت خواب عمیق ولی بدون حرکات سریع چشم و غیر هوشیار می باشد. این پتانسیل اغلب بر روی تمام سطح سر توزیع شده و وضعیت شخص از نظر فیزیولوژی در این حالت، عدم حرکت و پایین آمدن سطح غلضت برخی مواد شیمیایی در بدن است. این باند اگر در حالت بیداری ظاهر شود، بیانگر عمل نادرست مغز می باشد. اما وجود این باند فرکانسی برای کودکان عادی است. این باند فرکانسی نشاندهنده ذهن غیر هوشیار در بزرگسالان میباشد.
-2-2 باند فرکانسی تتا - 4-8Hz -
این ریتم نام خود را از منشأ فرضی آن یعنی تالاموس گرفته است. این موج در مواقع خواب و استراحت در بزرگسالان و نیز در کودکان بیشتر در نواحی آهیانه ای و گیجگاهی مشاهده می شود. تتا به عنوان وضعیت سایه روشن آگاهی نیز شناخته می شود به طور معمول، در هنگام بر خواستن از خواب و یا هنگام فرورفتن در خواب موج تتا ظاهر می شود. سیگنال الکتروانسفالوگرافی فرد سالم بزرگسال، بسیار کم دارای فرکانس های باند تتا است و هیچ ریتم تتای سازمان یافته ای در آن مشاهده نمی شود. ریتم تتا نشان دهنده ارتباط قشر مخ، تالاموس و هیپوتالاموس می باشد. در برخی افراد هنگام عمل ذهنی، حل مسأله و تجسم و تصویر سازی ایجاد می شود.
