مدل‌سازی الکترومغناطیسی امواج مغزی بر اساس تحلیل تمام‌موج

در این مقاله با استفاده از مدل‌سازی الکترومغناطیسی نورون‌ها در مغز، امواج الکترومغناطیسی به صورت تمام‌موج استخراج شده‌اند. هم‌اکنون در تمام مراکز و کلینیک‌های  تحقیقاتی این کار به طور سنتی با استفاده از تقریب شبه‌استاتیک معادلات ماکسول در الکترومغناطیس انجام می‌شود ولی میزان خطای حاصل از این تقریب در نتایج نهایی بررسی نمی‌شود. این موضوع با توجه به افزایش حساسیت حس‌گرهای مدرن امروزی بیشتر جلب توجه می‌کند. در این مقاله ابتدا با مروری بر مبانی به‌کارگیری تقریب شبه‌استاتیک در تحلیل امواج مغزی، ابهاماتی راجع به شایستگی این تقریب در این مسئله مطرح شده و لزوم حل مسئله به صورت تمام‌موج بیان می‌شود. پس از آن میدان‌های حاصل از یک دوقطبی جریان واقع در مرکز کره‌ای با رسانایی معلوم توسط بسط توابع بسل و هنکل نوشته شده و با تئوری‌های پراکندگی در الکترومغناطیس، مسئله به صورت تمام‌موج حل می‌گردد. سرانجام منحنی معیار اختلاف نسبی (rdm) بین پاسخ شبه‌استاتیک و تمام‌موج برحسب فرکانس و رسانایی‌های مختلف رسم می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که خطای حاصله با افزایش فرکانس رشد داشته و می‌تواند توسط حسگرهای مدرن آشکارسازی شود. از رهاوردهای مهم مدل‌سازی تمام‌موج، غنا بخشیدن به اطلاعات حاصل از مغزنگاری الکتریکی (eeg) و مغناطیسی (meg) و در نتیجه استخراج الگوهای دقیقتری از فعالیت‌های مغز می‌باشد.

Electromagnetic Modeling of Brain Waves based on Full-wave Analysis

In this paper by electromagnetic modeling of neurons in brain, the brain waves have been derived in a fullwave way. Now, in all clinics and research centers, traditionally, it has been done by using the quasistatic approximation of the Maxwell equation in electromagnetic. However, the error rate resulting from the approximation has not been studied upon the final results. This issue becomes more noticeable due to increasing the sensitivity of today’s modern sensors. In this paper, first, with an overview of the basics of applying quasistatic approximation in the analysis brain waves, ambiguities about the suitability of this approximation are presented and the necessity of fullwave solution of the problem is expressed. Then, in the simplest form, the electromagnetic fields aroused from a current dipole where is located in the center of a sphere with known conductivity is written in terms of Bessel and Hankel function expansion; and the problem has been solved in a fullwave way by using of scattering theories in electromagnetic. Finally, the curve of relative difference measure (RDM) between quasistatic and fullwave solution has been drawn in terms of frequency conductivity. One of the important achievements of fullwave modeling is enriching the information resulted from EEG and MEG and consequently extracting more accurate patterns from brain activities.