مقدمه
هر بار که یک ایمپالس یا پیام از سلول‌های عصبی، در امتداد عصب، منتقل می‌شود مقدار کمی جریان الکتریکی تولید می‌شود. با استفاده از تکانه‌های الکتریکی، سلول‌های عصبی پیام‌هایی را از طریق یکدیگر در سراسر مغز منتقل می‌کنند. زمانی که مغز شما در حال فعالیت است، البته مغز در تمامی ساعات روز حتی به هنگام خواب فعالیت خود را دارد!، تمام این پیام‌ها از نورونی به نورون دیگر شلیک می‌شوند و در نتیجه یک جریان الکتریکی تولید می‌شود.
مغز به تنهایی از انرژیی معادل یک لامپ ۱۰ واتی استفاده می‌کند. الگوهای الکتریکی‌ای که با عملکرد سلول‌های عصبی مغز تولید می‌شوند، امواج مغزی نامیده می‌شوند. همان طور که می‌دانید قسمت اعظم بدن انسان از آب، مواد معدنی و نمک تشکیل شده است و در نتیجه آن را به یک رسانای خوب جریان الکتریکی تبدیل می‌کند. به همین دلیل لمس خطوط جریان برق یا بازی با پریز برق خطرناک محسوب می‌شود.
میلیون‌ها سیگنال عصبی الکتریکی ریز و درشت که به طور مداوم در حال رد و بدل شدن هستند، باعث حرکت موج مانند اکوهای الکتریکی می‌شود که این امواج مغزی نیز از استخوان‌های جمجمه عبور کرده و به بیرون از آن یعنی به پوست سر و سر منتقل می‌شوند.
همان طور که اشاره شد، مغز حتی هنگام خواب نیز این امواج را تولید می‌کند. امواج مغزی معمولاً در هنگام خواب کمترین سرعت را دارند. با این حال، این آهسته بودن نسبیتی است. در مرحله‌ی خواب عمیق، مغز امواج دلتایی را منتقل می‌کند که هر ۱ تا ۴ بار در ثانیه آغاز می‌شوند. در مرحله‌ی خواب سبک، امواج تتا با فرکانس حدود ۴ تا ۷ بار در ثانیه تولید می‌شوند. امواج آلفا، که در حالت آرامش و هوشیاری ساطع می‌شوند، به صورت امواجی با سرعت حدوداً ۷ تا ۱۳ پالس در ثانیه در می‌آیند. سرانجام، امواج بتا، که نشان دهنده‌ی یک ذهن بسیار هیجان زده یا نگران هستند، سریعاً با سرعت ۱۳ تا ۴۰ بار در ثانیه منتشر می‌شوند. البته قابل ذکر است که مغز در یک زمان فقط یک نوع موج مغزی را ساطع نمی‌کند. بلکه، انواع مختلفی از امواج را به طور همزمان منتشر می‌کند. با این وجود، در یک لحظه یک موج مخصوص می‌تواند غالب شود.
در سال ۱۸۷۵ ریچارد کاتون (Richard Caton) برای اولین بار این امواج مغزی را شناسایی کرد.
ریچارد کاتون
در اواخر قرن نوزدهم، محققان در تلاش بودند تا خصوصیت‌های الکتریکی مغز را مطالعه کنند. در سال ۱۸۷۵، جراح اهل لیورپول، انگلستان، به نام ریچارد کاتون توانست پتانسیل الکتریکی قشری خرگوش‌ها و میمون‌ها را با قرار دادن مستقیم الکتروها بر روی قشر مغز اندازه بگیرد.
ریچارد کاتون در سال۱۸۴۲ در شهر بردفورد متولد شد.
وی در سال ۱۸۶۷ از ادینبورگ فارغ التحصیل شد، و سه سال بعد موفق به اخذ مدرک پزشکی خود شد. وی مدال طلا را برای پایان نامه خود در مورد مهاجرت لکوسیت‌ها دریافت کرد. یک سال پس از فارغ التحصیلی، او در لیورپول مستقر شد و سریعاً در دانشکده پزشکی سلطنتی لیورپول Liverpool Royal Infirmary School of) Medicine) به عنوان پزشک در بیمارستان و مدرس فیزیولوژی مشغول به کار شد. وی سهم مهمی در پیشرفت این دانشکده پزشکی به کالج دانشگاه FIG داشت.
ریچارد کاتون، سیگنال‌های الکتریکی مغز را با کاوش مستقیم سطح قشر مغزی حیوانات کشف کرد. وی نتایج خود را در سال ۱۸۷۵ منتشر نمود. کاتون از یک گالوانومتر بازتابنده (reflecting galvanometer) که در سال ۱۸۵۸ توسط لرد کلوین (Lord Kelvin) اختراع شده بود استفاده کرد.
فیزیولوژیست لهستانی، آدولف بک (Adolf Beck) همانند برخی دانشمندان روسی اطلاعات مشابهی را در سال ۱۸۹۱ ثبت کرد. متأسفانه، کاتون نتوانست هیچ دیتای گرافیکی را از امواج مغزی ثبت کند. اولین ثبت امواج مغزی به صورت گرافیکی در سال ۱۹۱۳ توسط دانشمند روسی ولادیمیر ولادیمیروویچ پراودیچ-نمینسکی Vladimir) Vladimirovich Pravdich-Neminskii) انجام شد، که برای ضبط فعالیت الکتریکی مغز سگ‌های سالم
از گالوانومتر رشته‌ای ایتودوون (Einthoven) استفاده کرد.
روان پزشک اتریشی به نام هانس برگر (Hans Berger) اولین کسی بود که این فعالیت را در مغز انسان در اواخر دهه‌ی ثبت کرد. ایده محرک بسیاری از کارهای برگر، یافتن ارتباطی معنا دار بین فعالیت عینی مغز و پدیده‌های روان شناختی ذهنی بود. برگر در سال ۱۹۰۲ فعالیت‌های الکتریکی بالاتر از نقص جمجمه را با الکترومتر مویرگی (Lippman) انجام داد. او همچنین از گالوانومتر (Edelmann) استفاده کرد، اما هیچ یک از اندازه گیری‌های انجام شده را رضایت بخش نمی‌دانست. برگر مطالعات خود را در مورد فعالیت‌های الکتریکی در مغز انسان ادامه داد و در سال ۱۹۲۴ موفق شد تا برای اولین بار فعالیت الکتریکی مغز یک انسان را به نام الکتروانسفالوگرام (Electroencephalogram) ثبت کند.
قابل ذکر است که تلاش‌های پزشک انگلیسی والتر گری (Walter Grey) در این میان نقش پررنگی داشته است. در دهه ۱۹۵۰ والتر توموگرافی EEG را توسعه داد. توموگرافی EEG وسیله‌ای برای نقشه برداری از فعالیت‌های الکتریکی در سطح مغز است. توموگرافی EEG در دهه ۸۰ در درجه اول به عنوان یک تکنیک تصویربرداری در پیش برد تحقیقات برجسته شد.
کاتون مقالالات بالینی زیادی را برای انجمن پزشکی انگلیس نگارش کرد، که تمامی این مقالات حاصل مشاهدات وی در طی کارها و آزمایشات بالینی وی بود. او درباره موضوعات متنوعی همچون ضد عفونی کننده‌های روده‌ای، آکرومگالی، اندوکاردیت روماتیسمی، اتساع قلب و هایپرتروفی مطالبی چند نوشته است. وی همچنین علاقه زیادی به آثار كلاسیك داشت و در سال ۱۸۹۸ در مؤسسه سلطنتی لندن، با موضوع حفراتی که توسط باستان شناسان آمریكایی و اروپایی‌ای که كتیبه‌ها را رمزگشایی كرده و بناهایی مانند معبد آسكلیپوس Asklepios در اپیدوروس Epidauros بازسازی می‌کنند، به ایراد سخنرانی خود پرداخت. در سال ۱۹۰۴، او اولین سخنرانی خود در هارویان (Harveian) با موضوع طب باستان در مصر به اعضای کالج سلطنتی پزشکان ارائه داد.
خلاصه آزمایشات وی
احتمالاً کاتون اولین شخصی بود که از وجود جریان‌های الکتریکی جداگانه در مغز خبر داده است. پژوهش‌های وی بر پایه‌ی توضیحات فریر (Ferrier) از اثرات تحریک قسمت‌های مختلف مغز و در واقع به گونه‌ای مهر تایید برای نظریه‌ی هماهنگ سازی محلی فعالیت‌های مختلف در مغز بود.
تحقیقاتی که کاتون در زمینه‌ی کشف امواج مغزی منتشر کرده است نسبتاً اندک می‌باشد، اما چکیده آزمایشات وی در زمینه ثبت امواج الکتریکی ساطع شده از مغز باعث ایجاد نگرشی نو در تحقیقات مربوط به مغز و سیستم عصبی شد. او شرح اولیه آزمایشات خود را در سال ۱۸۷۵ به جلسه انجمن پزشکی انگلیس (British Medical Association) در ادینبورگ ارائه داد. آن چه که کاتون در این جلسه به شرح آن پرداخت در واقع وجود جریان‌های الکتریکی در مغز خرگوش و میمون بود.
در تمامی مغزهایی که او تاکنون مورد بررسی قرار داده بود، گالوانومتر وجود جریان‌های الکتریکی را نشان می‌داد. به نظر می‌رسد سطح خارجی قشر مغز معمولاً نسبت به سطحی که برش از آن ناحیه زده شده است، بار مثبتی دارد. هنگامی که الکترودها بر روی دو نقطه از سطح خارجی جمجمه قرار می‌گرفتند، جریان‌های ضعیفی در جهت‌های مختلف از مولتی پلیر عبود می‌کرد. به نظر می‌رسید جریان‌های الکتریکی‌ای که از قشر مغز منتشر می‌شود با عملکرد قسمت‌های مختلف آن ارتباط دارد.
کاتون پی برد هنگامی که هر بخشی از ماده خاکستری در وضعیت فعالیتی قرار بگیرد، جریان الکتریکی آن معمولاً تغییرات منفی را نشان می‌دهد. به عنوان مثال، در مناطقی که به گفته‌ی دکتر فریر مربوط به چرخش سر و جفت گیری است، زمانی که حیوان مورد آزمایش در حال انجام این کارهاست، تغییرات منفی جریان مشاهده می‌شد. همچنین او پی برد اثراتی که از طریق حواس در حیوان مورد آزمایش ایجاد می‌شود، جریان‌های الکتریکی را در نواحی بخصوصی آغاز می‌کنند. به عنوان مثال، زمانی جریان‌های الکتریکی از قسمتی از مغز خرگوش که به زعم دکتر فریر مربوط به حرکات پلک‌هاست ثبت می‌شد، که شبکیه‌ی طرف مقابل در برخورد با تابش نور تحریک شود.
کاتون در سال ۱۸۷۷ گزارش کوچک دیگری نیز منتشر کرد. او در سال ۱۸۷۸ به ایالات متحده سفر کرد تا در نهمین کنفرانس بین‌المللی پزشکی شواهدی الکتروفیزیولوژیکی خود را درباره‌ی پدیده‌ی محلی شدن یا هماهنگ سازی محلی ارائه دهد. در این کنفرانس او توضیح داد که چگونه الکترودهای کوچکی را مستقیماً بر سطح مغز حیوانات قرار داده و سپس به حیوان این اجازه داده شده تا بر روی میز کوچکی غذا بخورند، آب بنوشند و یا حرکت کنند. با وجود این که کاتون در زمینه‌ی کشف نواحی‌ای که به طور اختصاصی به محرک‌های صوتی و انواع رایحه‌ها پاسخ می‌دادند تلاش‌های زیادی کرد اما موفق به ارائه‌ی شواهد و دلایلی معتبر نشد اما برای شنوندگان حاضر در جمع توضیح داد که نور محرکی بسیار قوی برای شناخت نواحی اختصاصی قشر مغز است.
برگر از معدود کسانی بود که تحقیقات كاتون را تحسین کرده و با آن‌ها استناد كرد.
به گفته‌ی برگر، کاتون توانست تغییرات جریان‌های الکتریکی را که در طول خواب افزایش یافته و با شروع مرگ تقویت، پس از مرگ ضعیف‌تر و سپس کاملاً ناپدید می‌شوند را اندازه بگیرد. او معتقد بود که كاتون توانست نشان دهد که با تابش نور به چشم‌های حیوان، تغییرات شدیدی در جریان‌های الکتریکی ایجاد می‌شود و این فرضیه را در دهن خود داشت که تحت این شرایط، این امواج مغزی و جریان‌های الکتریکی از قشر می‌توانند به عنوان دلیلی بر محلی سازی درون قشر مغز تلقی شوند.
تحقیقات صورت گرفته توسط کاتون مبانی‌ای را پایه گذاری کرد که برگر توانست با استفاده از آن‌ها تحقیقات خود را در مورد موج آلفا در انسان انجام دهد و در نهایت بر پایه‌ی همین استنادات و آزمایشات خود موفق به ساخت دستگاه ثبت نوار مغز یا الکتروانسفالوگرافی شد.
