Получение электроэнцефалограммы (ЭЭГ) на модуле AD620

Ранее я показывал как настроить модуль инструментального усилителя AD620 под сигнал ЭКГ. Обязательно посмотрите его, данный алгоритм универсальный (под любые сигналы). Я давно задумывался о доступном получении электроэнцефалограммы (ЭЭГ), решил провести данный эксперимент и показать результаты.

Исследование головного мозга человека довольно интересное занятие, особенно для последующего тренинга с биологической обратной связью (БОС). На сегодняшний день именно ЭЭГ является самым популярным методом для этого – он дает информацию об электрической активности нейронов головного мозга. Именно в них происходят все сложные процессы обработки информации и принятие решений. Однако данный биосигнал является одним из самых сложных для регистрации, так как имеет крайне малую амплитуду (до 100 мкВ).

Система регистрации ЭЭГ

Сперва несколько слов об особенности регистрации ЭЭГ. Наш мозг состоит из нескольких зон, отвечающих за разные его функции. Поэтому клинические ЭЭГ всегда регистрируют в нескольких точках, узнают в какой зоне возникает нарушение. Размер черепной коробки у всех разный и чтобы эти точки были всегда на одном и том же месте у всех, была разработана стандартная система расположения электродов 10-20.

ЭЭГ система

В ней они находятся относительно расстояний между затылком и лбом и между ушами по другой оси. Поэтому пропорции будут всегда одинаковы (10 и 20%).
Выпускают спецальные шлемы и электроды к ним с точным позиционированием. Они не дешевы и достать не просто, поэтму можно использовать обычные ЭКГ элекрдоды для холтеров, продающиеся в магазинах медтехники. Там есть липкая чать для фиксации и в центре электропроводный гель с хлорсеребрянным элктродом. Все что нужно для получения электросигнала. К нему можно подключиться крокодилами или защелками.

На одном модуле AD620 можно реализовать лишь один канал, т.е. снять данные с одной точки.

Еще существует два метода регистрации – биполярный и униполярный. В первом – регистрируем относительно двух соседних точек и получаем наиболее точные результаты о локализации возбуждения, а во втором – каждую точку находим относительно одной общей (обычно от ушей) и получаем сигнал более высокой амплитуды.
В нашем случае с одной точкой регистрации локализация не так важна, поэтому я применил униполярный метод регистрации. Один электрод (S-) расположил в районе правого уха, другой (S+) – в центральной области черепа (Cz), а третий (общий, GND) – на лбу.

ЭЭГ подключение

Настройка и регистрация ЭЭГ

Процесс настройки модуля AD620 описан в статье и видео о ЭКГ. Поэтому обязательно посмотрите их предварительно. Посмотрим результат настройки сигнала. Нужно задать частоту дискретизации не ниже 60 Гц, поэтому оставим 100 Гц, как было в случае ЭКГ.
В итоге мы получаем некий сигнал, но нельзя точно сказать есть ли в нем информация от головного мозга. Для этого нужно понять как анализировать данный сигнал и из чего он состоит.

ЭЭГ частоты

На данный момент принято выделять пять основных диапазонов частот работы мозга:
А) Дельта волны (1-4 Гц) – самые медленные колебания в мозгу. Они обычно преобладают, когда мы находимся либо в сонном, либо в бессознательном состоянии, но некоторые могут находиться в дельта диапазоне и в сознательном состоянии. Стимуляция мозга в дельта диапазоне позволяет избавиться от бессонницы, повысить профессиональные способности психологов и психотерапевтов к подстройке к пациентам, обеспечить глубокий отдых и полностью нивелировать эффект “выгорания”.
Б) Тета волны (4-8 Гц) – обычно преобладают, когда человек находится в состоянии между сном и бодрствованием, т.е. в предсонном или “сумеречном” состоянии. Часто оно сопровождается видением неожиданных, сноподобных образов и открывает доступ к бессознательной части ума. Тренировка мозга в тета диапазоне значительно увеличивает творческие способности человека, способность его к обучению. Также значительно снижается потребность в алкоголе и наркотиках.
В) Альфа волны (8-14 Гц) – характерны для состояния неглубокого расслабления. У людей имеющих пониженный уровень активности
альфа-ритмов обычно нарушается способность к полноценному отдыху, что обычно вызывается сильным стрессом. Поэтому стимуляция в альфа диапазоне рекомендуется для помощи в преодолении стрессовых состояний.
Г) Бета волны (14-40 Гц)- преобладают в обычном бодрствующем состоянии, когда мы с открытыми глазами наблюдаем мир вокруг себя, или сосредоточены на решении каких-то текущих проблем. Бета волны обычно связаны с бодрствованием, пробужденностью, сосредоточенностью, познанием и, в случае их избытка, – с беспокойством, страхом и паникой. Недостаток бета волн связан с депрессией, плохим избирательным вниманием и проблемами с запоминанием информации. Стимуляция мозга в бета-диапазоне позволяет избавиться от депрессивных состояний, повысить уровень осознанности, внимания и кратковременной памяти.
Д) Гамма волны (40-150 Гц) – их существование на данный момент является спорным вопросом. Они характерны для состояний, которые достигаются при применении некоторых йогических техник и медитаций. Мозг человека с трудом поддается воздействию в этом диапазоне. Поэтому данный диапазон обычно не используют в клинических исследованиях.

Спектральный анализ полученного сигнала ЭЭГ

спектр ЭЭГ сигнала

На спектре Фурье видим самый большой пик на частоте 50 Гц, соответствующий сетевой помехе и левее два пика в бета диапазоне. Учитывая, что запись производилась в состоянии сосредоточенного бодрствования (для настройки модуля нужно быть внимательным!), вполне ожидаемый результат. Также есть большой пик околонулевых частот, характерный дрейфу сигнала.
Выделим полосу частот 0.5 – 30 Гц цифровыми фильтрами и получим искомый сигнал ЭЭГ!

Сигнал ЭЭГ

Сигнал нестационарный и показывает изменения своей частоты в процессе мышления.
Можно выделить нужную зону мозга, расположить туда электрод и использовать полученный сигнал для понимания его функционирования или как часть системы с биологической обратной связью (например, генерация звука, изменяемого под управлением частоты нужного диапазона ЭЭГ).

Видео с подробной демонстрацией смотрите на канале Youtube


Если интересна эта тематика, пишите в комментариях здесь или в группе ВК и я покажу свой вариант наверно самого доступного электроэнцефалографа для личных исследований!

(с) Роман Исаков, 2021

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *