Η χαρτογράφηση του εγκεφάλου
Από την εποχή της ανακάλυψης της ηλεκτρικής δραστηριότητας του εγκεφάλου και μετά, υπήρξε μία διάχυτη εντύπωση ότι κάποια μέρα το ΗΕΓ θα γινόταν το παράθυρο μέσα από το οποίο θα μπορούσαμε να θαυμάσουμε την εγκεφαλική λειτουργία. Οι υπέρμετρες αυτές προσδοκίες για το τι μπορεί να μας προσφέρουν τόσο το ΗΕΓ όσο και το ΜΕΓ δεν έχουν μέχρι σήμερα δικαιωθεί.
Η ηλεκτρική δραστηριότητα του εγκεφάλου αποδείχθηκε μάλλον φτωχή σε στερεότυπα που μπορεί κανείς να ταξινομήσει. Ακόμη, περιέχει ρυθμικές διακυμάνσεις στις χαμηλές κυρίως συχνότητες (δηλαδή 1-30 Hz). Οι διακυμάνσεις αυτές είναι ιδιαίτερα ευμετάβλητες και κυρίως, μεταβάλλονται χωρίς να υπάρχει κάποια εμφανής αιτία η οποία μπορεί να θεωρηθεί ότι προκάλεσε τη μεταβολή. Παρ΄ όλα αυτά από πολύ νωρίς στην ιστορία της ηλεκτροεγκεφαλογραφίας ήταν δυνατό να ξεχωρίσει κανείς μέσα στις ατέρμονες διακυμάνσεις του ηλεκτρικού δυναμικού του εγκεφάλου διάφορα χαρακτηριστικά συμπλέγματα που συνοδεύουν ορισμένες παθολογικές καταστάσεις όπως π.χ. επιληψίες. Ήταν επομένως δυνατό ένας καλά εκπαιδευμένος νευρολόγος να χρησιμοποιήσει το ΗΕΓ ως διαγνωστικό μέσο . Παράλληλα, ταυτόχρονες καταγραφές από πολλά ηλεκτρόδια (π.χ. 8,16 ή 24) επέτρεπαν την εξαγωγή περισσότερο αξιόπιστων συμπερασμάτων καθώς και ένα στοιχειώδη συσχετισμό ανάμεσα στη δραστηριότητα των διαφόρων περιοχών του εγκεφαλικού φλοιού (εικ.6).
Οι ταυτόχρονες καταγραφές επιτρέπουν βέβαια την σχετικά εύκολη εξαγωγή συμπερασμάτων αναφορικά με το ποια περιοχή του εγκεφάλου χαρακτηρίζεται από μία δεδομένη δραστηριότητα ή ακόμη για το πώς η δραστηριότητα αυτή εξαπλώνεται στο φλοιό του εγκεφάλου. Όμως, όπως φαίνεται από την εικόνα 6 όσο πληθαίνει ο αριθμός των καταγραφών τόσο δυσκολότερο γίνεται για το ανθρώπινο μάτι να τι κρίνει ως σύνολο.
Ακόμη, είναι περίπου αδύνατο να καταλήξει κανείς σε συμπεράσματα αναφορικά με τη σχετική ισχύ (δηλαδή τη σχετική ενέργεια ανά μονάδα χρόνου)που περιέχεται στις διάφορες καταγραφές ενώ, τέλος, η παράλληλη παράθεση των διαφόρων καταγραφών στερεί από τον παρατηρητή το συναίσθημα πως έχει μπροστά του μία διαδικασία η οποία εξελίσσεται μόνο στο χρόνο αλλά και στο χώρο. Θα μπορούσαμε να πούμε βλέποντας τις ΗΕΓ καταγραφές της εικ.6 ότι το να προσπαθήσει να τις ερμηνεύσει κανείς είναι σαν να προσπαθεί να απολαύσει ένα συμφωνικό έργο ακούγοντας τα όργανα της ορχήστρας να εκτελούν το μέρος του κάθε ένα ξεχωριστά και ανεξάρτητα από τα υπόλοιπα. Δυστυχώς όμως αυτός ήταν μέχρι πριν μερικά χρόνια ο τρόπος ανάλυσης του ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος, τουλάχιστον στην κλινική πράξη.
Η εμφάνιση των ηλεκτρονικών υπολογιστών και ιδιαίτερα των personals άλλαξε ριζικά την παραπάνω κατάσταση. Έτσι, χρησιμοποιώντας μαθηματικές μεθόδους παρεμβολής και πρόβλεψης, (η προσφυγή στις οποίες θα ήταν καθαρή παραφροσύνη εάν δεν είχε εξασφαλιστεί κατ΄ αρχήν μια σχετικά μεγάλη υπολογιστική ταχύτητα) είναι δυνατό να ανασυνθέτει κανείς σε δύο ή τρεις διαστάσεις την εικόνα της κατανομής της ηλεκτροεγκεφαλογραφικής ενέργειας στην επιφάνεια της κεφαλής με βάση τις κλασικές καταγραφές. Ακόμη η χρήση των αλγόριθμων για τον ταχύ υπολογισμό του μετασχηματισμού Fourier επιτρέπει τον υπολογισμό της ενέργειας που περιέχεται σε μια ορισμένη χρονική περίοδο του ΗΕΓ και φυσικά τη χαρτογράφηση της. Ένας τέτοιος «τοπογραφικός» χάρτης παρουσιάζεται στην εικ.7 (α-δ). Οι τέσσερις επιμέρους εικόνες που τον αποτελούν αντιστοιχούν στη χαρτογράφηση της ενέργειας που περιέχεται στις τέσσερις κύριες ζώνες συχνοτήτων που κατά παράδοση χρησιμοποιούνται για την ερμηνεία του ΗΕΓ. Σε γενικές γραμμές η διαδικασία καταγραφής είτε του ΗΕΓ είτε του ΜΕΓ, εφόσον αυτά πρόκειται να χρησιμοποιηθούν για την σύνταξη των χαρτών της εγκεφαλικής δραστηριότητας, ακολουθεί ορισμένα στάδια τα περισσότερα από τα οποία διαφέρουν σε κλασική διαδικασία καταγραφής υπό την έννοια ότι κατευθύνονται από τον ηλεκτρονικό υπολογιστή.
Όπως θα περίμενε κανείς, το πρώτο στάδιο αφορά στη λήψη και ενίσχυση του αναλογικού σήματος. Το στάδιο αυτό είναι ουσιαστικά το ίδιο είτε πρόκειται για μία απλή λήψη του ΗΕΓ ταυτόχρονα από διάφορα σημεία της κεφαλής είτε πρόκειται για λήψη του με σκοπό τη χαρτογράφηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας. Ωστόσο πρέπει να τονιστεί ότι η ευρύτατη διαθεσιμότητα τα τελευταία χρόνια προγραμματιζόμενων ενισχυτών έχει φέρει ακόμη και αυτό το στάδιο υπό τον έλεγχο του ηλεκτρονικού υπολογιστή. Έτσι ο ηλεκτρονικός υπολογιστής έχει την δυνατότητα να αυξομειώσει κατά τη διάρκεια της καταγραφής την ενίσχυση του σήματος αυξάνοντας έτσι φοβερά τη δυναμική περιοχή της καταγραφής.
Τη λήψη και ενίσχυση του σήματος ακολουθεί το στάδιο της «πρωταρχικής επεξεργασίας του σήματος» (signal conditioning). H επεξεργασία αυτή συνήθως αντιπροσωπεύει τη διέλευση του σήματος (η των σημάτων) από ένα ζωνοπερατό φίλτρο έτσι ώστε να είναι δυνατή η μετέπειτα αναλογοψηφιακή μετατροπή του (Analog to Digital conversion) από τον ηλεκτρονικό υπολογιστή. Το στάδιο αυτό συνήθως κατευθύνεται από τον ηλεκτρονικό υπολογιστή κυρίως γιατί το επιλεγμένο εύρος της ζώνης του φίλτρου και ιδιαίτερα το ανώτερο όριο της προσδιορίζει και την ελάχιστη ταχύτητα δειγματοληψίας που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ώστε να αποφύγουμε την παραμόρφωση του σήματος μας λόγω μη επαρκούς ρυθμού δειγματοληψίας (θεώρημα του Nyquist).
Το τρίτο στάδιο της διαδικασίας ψηφιακής καταγραφής του ΗΕΓ ή του ΜΕΓ είναι το στάδιο της αναλογοψηφιακής μετατροπής του σήματος έτσι ώστε να πάρει μια μορφή συμβατή με τις ποσότητες που χειρίζεται ο ηλεκτρονικός υπολογιστής. Στο σημείο αυτό το ηλεκτροεγκεφαλογραφικό ή το μαγνητοεγκεφαλογραφικό σήμα παύει να είναι μια φυσική οντότητα που μεταβάλλεται με το χρόνο και μετατρέπεται σε μία χρονοσειρά δηλαδή σε μία ακολουθία αριθμών. Υπό τη μορφή αυτή το σήμα (ή τα σήματα εφόσον πρόκειται για πολλαπλές ταυτόχρονες καταγραφές) συνήθως αποθηκεύεται στο σκληρό δίσκο του ηλεκτρονικού υπολογιστή ( τέταρτο στάδιο) ώστε να είναι δυνατή η παραπέρα επεξεργασία του. Στην εικ.10 παρουσιάζεται διαγραμματικά ένα πρόγραμμα καθοδήγησης της δειγματοληψίας από ηλεκτρονικό υπολογιστή. Στην ειδική αυτή περίπτωση το πρόγραμμα έχει γραφτεί για τον υπολογιστή Apple lle ο οποίος είναι εφοδιασμένος με έναν αναλογοψηφιακό μετατροπέα 8 bit με ανώτατη συχνότητα δειγματοληψίας τα 10 KHz και ο οποίος έχει τη δυνατότητα (μέσω ενός πολυπλέκτη) να δειγματοληπτεί έως και 16 διαφορετικά σήματα εισόδου.
Από τη στιγμή που τα δεδομένα έχουν μεταφερθεί στο σκληρό δίσκο του υπολογιστή οι δυνατότητες για την παραπέρα επεξεργασία τους είναι κάτι είναι πράγματι απεριόριστες εφόσον υπάρχει το απαραίτητο υπολογιστικό δυναμικό (computational capability). Πράγματι:
Α) έχουμε την δυνατότητα να υπολογίσουμε χάρτες της τρέχουσας δραστηριότητας του εγκεφάλου υπό τη μορφή διαδοχικών κατανομών του ηλεκτρονικού δυναμικού. Η μέθοδος αυτή όμως σπάνια χρησιμοποιείται κυρίως γιατί απαιτεί τον υπολογισμό ενός εξαιρετικά μεγάλου αριθμού χαρτών και τη διαδοχική παρουσίαση τους υπό τη μορφή σειράς φωτογραφιών, video ή film.
Β) έχουμε τη δυνατότητα να υπολογίσουμε χάρτες οι οποίοι δείχνουν την κατανομή ισχύος της εγκεφαλικής δραστηριότητας. Μας επιτρέπουν να αποκτήσουμε μία ιδέα για το πώς υπολογίζονται και για το τι αντιπροσωπεύουν οι χάρτες της εγκεφαλικής δραστηριότητας και ως μέτρο σύγκρισης λαμβάνεται ο ίδιος χάρτης μόνο που αυτή τη φορά περιβάλλεται από παραδείγματα των πραγματικών καταγραφών με βάση τις οποίες υπολογίστηκε. Μία απλή αναφορά μας πείθει για την πράγματι ανεκτίμητη προσφορά του ηλεκτρονικού υπολογιστή στην παρουσίαση των σκόρπιων αυτών κυματομορφών υπό τη μορφή ενός δομημένου συνόλου.
Γ) τέλος έχουμε τη δυνατότητα να διερευνήσουμε έναν ουσιαστικά ατέλειωτο αριθμό παραμέτρων τόσο του ΗΕΓ όσο και του ΜΕΓ. Τέτοιες παράμετροι είναι η συσχέτιση που τυχόν υφίσταται ανάμεσα σε δύο περιοχές του εγκεφάλου που είναι απομακρυσμένες μεταξύ τους, η τυχόν ύπαρξη «στάσιμων κυμάτων» δραστηριότητας στον εγκεφαλικό φλοιό ή ακόμα η εξέλιξη της εγκεφαλικής δραστηριότητας ύστερα από κάποιο αισθητικό ερέθισμα υπό μορφή χαρτών ή διαγραμμάτων κατανομής της ισχύος της εγκεφαλικής λειτουργίας. Μία τέτοια δυνατότητα, υπό μορφή προοπτικής απεικόνισης, να δούμε πως διαμορφώνεται η κατανομή της μαγνητοεγκεφαλογραφικής ισχύος στον ακουστικό φλοιό πριν και μετά από κάποιο ακουστικό ερέθισμα.
