Chương 1: Tổng quan về điện não đồ EEG. Chương này giới thiệu về cơ chế hoạt động điện của não, chuẩn đo EEG quốc tế 10-20, các đặc trưng của EEG và dấu hiệu nhận biết gai. - Chương 2: Các phương pháp nhận biết gai động kinh tự động theo tiếp cận hệ thống đa giai đoạn được đề xuất bởi Liu [7] năm 2002, Acir [12] năm 2005 và Linh- Trung [13] năm 2013, cùng các cộng sự. - Chương 3: Phương pháp nhận biết gai động kinh tự động sử dụng DWT do Indiradevi và cộng sự đề xuất [3].
- Chương 4: Mô phỏng phương pháp nhận biết gai động kinh tự động sử dụng DWT từ công trình [3]. Chương này sử dụng phần mềm Matlab (phiên bản R2009b) để viết các thuật toán mô phỏng, sử dụng các công cụ Signal processing toolbox, Wavelet toolbox, Neural network toolbox. Phần này đưa ra các kết luận của luận văn cũng như đề xuất các hướng phát triển của luận văn trên cơ sở phát triển tiếp công trình [13]. z 13 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN NÃO ĐỒ 1.
Cơ chế hoạt động điện của não: 1. Cấu tạo vỏ não: Cấu tạo não bộ được phân chia thành nhiều vùng khác nhau, mỗi vùng có thể kiểm soát một hay nhiều hoạt động khác nhau. Bộ não có cấu trúc nhiều lớp, lớp ngoài cùng là vỏ não. Vỏ não là bộ phận quan trọng nhất của não, kiểm soát toàn bộ hành động có ý thức cũng như các hoạt động tư duy và sáng tạo.
Vỏ não là lớp ngoài cùng của não có độ dày khoảng 2-3mm, bề mặt vỏ não là những nếp gấp đểthu hẹp diện tích lớn của vỏ não, diện tích tổng lớn hơn 2.5𝑚2 gồm từ 14 - 17 tỉ nơ-ron với hình dạng, kích thước, mật độ và hướng đi khác nhau. Vỏ não gồm 2 bán cầu đối xứng là bán cầu trái và bán cầu phải được tách bởi rãnh sâu và được liên kết với nhau bởi bó sợi thần kinh thể chai. Mỗi bán cầu có những rãnh sâu chia làm 4 thùy: thùy trán (frontal lobe) nằm phía trước vỏ não gồm các trung tâm vận động, ngôn ngữ và lý luận; thùy đỉnh (parietal lobe) nằm phía sau thùy trán là tâm điểm cảm giác của cơ thể; thùy thái dương (temporal lobe) nằm dưới thùy trán và thùy đỉnh chứa vùng thính giác; thùy chẩm (occipital lobe) nằm sau thùy thái dương và thùy đỉnh chứa vùng nhạy cảm thị giác. Các thùy tương ứng ở hai bán cầu não khác nhau về kích cỡ, phân bố và hình dạng nếp nhăn.
Mỗi vùng trên các thùy có vai trò khác nhau: - Vùng sơ cấp chứa các tế bào thần kinh (nơ-ron) với chức năng cụ thể như vùng vận động ở thùy trán, vùng thần kinh cảm giác về âm thanh ở vùng trên thùy thái dương. - Vùng thứ cấp chứa các nơ-ron có chức năng phân tích, hỗ trợ cho các nơ-ron vùng sơ cấp, và lưu giữ các thông tin tham chiếu để so sánh thông tin hiện tại với thông tin tích lũy trước đó. Các thùy trên vỏ não z 14 1. Cơ chế hoạt động điện của màng tế bào thần kinh: Đây là cơ chế hoạt động điện sinh lý tức là hoạt động điện hóa của một nhóm các tế bào thần kinh bị kích thích.
Cơ chế hoạt động điện này diễn ra ở màng tế bào. Thân tế bào được bọc bởi một màng huyết tương được cấu tạo từ các lớp lipid dẫn điện kém. Nhờ tính thẩm thấu, màng tế bào sẽ cho một số chất đi qua và ngăn các chất còn lại. Các chất lưu bên trong và bên ngoài tế bào gồm nước và một số ion có tính dẫn điện.
Các ion chính tạo nên tính dẫn điện là Na+, K+, Cl-[1]. Ở trạng thái nghỉ, tế bào sẽ có điện thế tĩnh, nguyên nhân là do sự chênh lệch điện thế phía trong và ngoài màng tế bào, bên trong tích điện âm hơn so với bên ngoài, nguyên nhân của sự chênh lệch này là do tính thẩm thấu khác nhau của màng tế bào đối với ion Na+, K+. Với tính thấm chọn lọc, màng tế bào chỉ cho K+ khuếch tán từ bên trong ra bên ngoài màng, kết quả bề mặt tế bào tạo thành lớp điện tích dương K+còn bên trong tế bào tích điện âm[8].Sự khuếch tán ion qua màng tế bào Khi có yếu tố kích thích, chênh lệch điện thế màng tế bào giảm dần tới một ngưỡng nhất định sẽ xảy ra kích thích. Khử cực xảy ra khi điện thế màng tế bào trở về không sao cho phía trong tế bào ít âm hơn và khi K+ đi từ ngoài vào trong nhiều thì trong màng lại tích điện dương, ngoài màng tích điện âm.
Sau quá trình khử cực là quá trình tái phân cực sao cho tế bào trở về trạng thái nghỉ với điện thế bên trong âm hơn bên ngoài. Tế bào thần kinh: Một tế bào thần kinh hay nơ-ron bao gồm thân (soma), các đuôi gai (dendrite), sợi trục (axon). Thân nơ-ron chứa hạt nhân và là trung tâm trao đổi chất của nơ-ron. Mỗi đuôi gai có thể bao gồm hàng ngàn nhánh làm nhiệm vụ nhận tín hiệu từ nơ-ron khác, đuôi gai có độ dài nhỏ hơn 2mm.
Sợi trục thường là một nhánh đơn, làm nhiệm vụ truyền tín hiệu từ nơ-ron đến các nơi khác của hệ thần kinh. Độ dài của sợi trục có thể nhỏ hơn 1mm nhưng cũng có thể lớn hơn 1m. Cấu tạo của nơ-ron Có 3 loại nơ-ron: - Nơ-ron cảm giác (sensory neuron): có thân nằm ngoài trung ương thần kinh, mang các giác quan đến tủy sống và não. - Nơ-ron trung gian (interneuron): nằm trong trung ương thần kinh, làm nhiệm vụ liên lạc, mang thông điệp từ một phần của hệ thần kinh trung ương.
- Nơ-ron vận động (motoneuron): có thân nằm trong trung ương thần kinh, kết nối với các nơ-ron trung gian, nhận và mang tín hiệu từ hệ thần kinh trung ương đến các cơ bắp. Các loại nơ-ron Việc truyền thông tin từ nơ-ron này đến nơ-ron xảy ra tại các khớp (synape). Khớp là vị trí kết nối giữa đầu cuối sợi trục của nơ-ron này với nơ-ron khác. Vùng giữa màng trước khớp và màng sau khớp rất hẹp, khoảng 30-50nm.
Tín hiệu bắt đầu từ thân nơ-ron truyền qua sợi trục dưới dạng một xung ngắn. Khi đến màng trước khớp (presynapse), một chất truyền đạt được giải phóng, khuếch tán qua khe khớp, chất này hoạt động để mở kênh của các ion, kết quả có một sự thay đổi điện thế xuyên màng tạo tín hiệu điện ở màng sau khớp (postsynaptic) của nơ-ron nhận. z 16 Tín hiệu nhận được ở sau khớp là tổng của tất cả các tín hiệu đến trước khớp. Biên độ của tín hiệu phụ thuộc vào tổng số các tín hiệu vào và sự trùng hợp thời gian giữa chúng, biên độ giảm nếu các tín hiệu đến màng trước khớp phân tán về thời gian.
Để tạo ra một thế kích thích trong nơ-ron nhận, tín hiệu này phải lớn hơn một ngưỡng nhất định. Tín hiệu ra của nơ-ron là tổng hợp của các tín hiệu nhận được. Nơ-ron hoạt động theo cơ chế bật/tắt, nghĩa là nơ-ron hoặc tạo ra một thế kích thích với một biên độ xác định hoặc không tạo ra thế kích thích. Các nơ-ron không hoạt động độc lập mà kết nối với nhau tạo thành mạng nơ-ron, mỗi mạng đảm nhiệm việc xử lý một loại thông tin khác nhau[9].
Kết nối của các nơ-ron 1. Bản ghi điện não đồ EEG: EEG là công cụ đo hoạt động điện của não, là biểu diễn dạng đồ họa sự thay đổi hiệu điện thế theo thời gian giữa các điện cực được đặt ở các vị trí khác nhau trên da đầu tương ứng với các vùng của vỏ não. Trên cơ sở các đặc trưng của EEG, các bác sĩ sẽ phát hiện được sự bất thường của não, kết hợp với các triệu chứng lâm sàng, tuổi, trạng thái của bệnh nhân các bác sĩ có thể chẩn đoán nguyên nhân và nguồn gốc của sự bất thường đó và đưa ra biện pháp điều trị. Sự biểu hiện của EEG là khác nhau ở các bệnh nhân khác nhau tùy thuộc vào độ tuổi, tình trạng tâm lý, trạng thái thức hay ngủ, mức độ tập trung … của bệnh nhân.
EEG ghi hoạt động điện trên da đầu là sự tổng hợp hoạt động điện của hàng triệu nơ-ron, dòng đo được tại các khớp trong quá trình kích thích. Biên độ của EEG liên quan tới sự kích thích đồng bộ các nơ-ron. Sự kích thích đồng thời của một nhóm các nơ-ron sẽ tạo ra tín hiệu EEG có biên độ lớn bởi vì các tín hiệu có nguồn gốc từ các nơ-ron độc lập được cộng lại. Ngược lại, các nơ-ron kích thích không đồng bộ sẽ z 17 tạo ra EEG có biên độ thấp.
Biên độ EEG phụ thuộc vào bệnh nhân và phụ thuộc vào kỹ thuật đo như loại điện cực, đạo trình, khoảng cách từ điện cực đến nguồn thế … 1. Các đặc trƣng của EEG: Các tín hiệu được ghi trên da đầu có biên độ biến thiên từ vài μV đến xấp xỉ 100μV và tần số nằm trong phạm vi từ 0. EEG đo các sóng điện não với tần số khác nhau gọi là nhịp. Nếu trạng thái đo ổn định trong thời gian dài thì các nhịp này có dạng tuần hoàn.
Các loại nhịp cơ bản nằm trong khoảng tần số từ 0.5Hz đến 40Hz gồm nhịp delta (0.5-4Hz), nhịp theta (4-7Hz), nhịp alpha (8-13Hz), nhịp beta (14-30Hz), nhịp gamma (>30Hz). Ngoài ra còn một số nhịp ở dạng biến thể khác như nhịp 𝜇, sóng lambda và post, sóng vertex, sóng phức hợp K (K complexes)[8]. Nhịp delta (𝛅): Nhịp delta có tần số từ 0.5Hz đến 4Hz, xuất hiện trong giấc ngủ sâu và giai đoạn thức. Biên độ nhịp lớn khoảng 100𝜇𝑉.
Nhịp này xuất hiện ở trẻ nhỏ (< 1 tuổi) là bình thường, nhưng xuất hiện ở người lớn khi thức là dấu hiện của tổn thương não. Nhịp theta (𝛉): Nhịp theta có tần số từ 4Hz đến 7Hz, biên độ và hình thái thay đổi, biên độ nhỏ hơn 15 𝜇𝑉. Sự xuất hiện của nhịp theta khi có hoạt động cảm xúc, sự tập trung và hoạt động trí óc. Nhịp theta được tăng cường khi ở giai đoạn buồn ngủ và ngủ.
Nhịp này xuất hiện là dấu hiệu bình thường ở trẻ dưới 13 tuổi, và là dấu hiệu bất thường ở người lớn khi thức. Nhịp alpha (𝛂): Nhịp alpha có tần số trong khoảng từ 8Hz đến 13Hz, biên độ không vượt quá 50 𝜇𝑉. Nhịp này xuất hiện ở trẻ 3 tuổi với tần số 8Hz. Alpha là nhịp nổi trội ở người lớn khi thức và thư giãn với mắt nhắm.
Nhịp alpha giảm hoặc mất đi khi người bệnh mở mắt, nghe một âm thanh lạ, lo lắng, hoạt động trí óc. Nhịp alpha là nhịp nổi trội khi quan sát hoạt động điện não, thường có dạng hình sine hoặc tròn.