การตรวจคลื่นไฟฟ้าสมองจาก เปลือกสมอง ( ElectrocorticographyหรือECoG ) ซึ่งเป็นชนิดหนึ่ง ของการตรวจคลื่นไฟฟ้าสมอง ภายในกะโหลก ( Intracranial Electroencephalography หรือ iEEG ) เป็นวิธีการตรวจติดตาม ทางสรีรวิทยาไฟฟ้าชนิด หนึ่ง ที่ใช้ขั้วไฟฟ้าวางไว้บนพื้นผิวสมอง ที่เปิดโล่งโดยตรง เพื่อบันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้าจาก เปลือกสมอง ในทางตรงกันข้าม ขั้วไฟฟ้าของการตรวจคลื่นไฟฟ้าสมองแบบดั้งเดิม ( Electroencephalographyหรือ EEG) จะตรวจติดตามกิจกรรมนี้จากภายนอกกะโหลกศีรษะ การตรวจ ECoG อาจทำได้ทั้งในห้องผ่าตัดระหว่างการผ่าตัด (ECoG ระหว่างการผ่าตัด) หรือนอกห้องผ่าตัด (ECoG นอกห้องผ่าตัด) เนื่องจาก ต้องทำการ ผ่าตัดเปิดกะโหลก (การกรีดเข้าไปในกะโหลกศีรษะ) เพื่อฝังแผ่นขั้วไฟฟ้า การตรวจ ECoG จึงเป็นวิธีการที่รุกรานร่างกาย

ECoG ได้รับการบุกเบิกในช่วงต้นทศวรรษ 1950 โดยWilder PenfieldและHerbert Jasperศัลยแพทย์ระบบประสาทที่สถาบันประสาทวิทยาแห่งมอนทรีออล [ ^{1 ] ทั้ง} สองได้พัฒนา ECoG เป็นส่วนหนึ่งของขั้นตอนมอนทรี ออลที่ก้าวล้ำ ซึ่งเป็นโปรโตคอลการผ่าตัดที่ใช้ในการรักษาผู้ป่วยที่เป็นโรคลม ชักรุนแรง ศักยภาพของเปลือกสมองที่บันทึกโดย ECoG ถูกนำมาใช้เพื่อระบุโซนที่ก่อให้เกิดอาการชัก – บริเวณของเปลือกสมองที่ทำให้เกิดอาการ ชัก โซนเหล่านี้จะถูกผ่าตัดออกจากเปลือกสมองในระหว่างการผ่าตัด ซึ่งเป็นการทำลายเนื้อเยื่อสมองที่เป็นต้นกำเนิดของอาการชัก Penfield และ Jasper ยังใช้การกระตุ้นด้วยไฟฟ้าในระหว่างการบันทึก ECoG ในผู้ป่วยที่เข้ารับการผ่าตัดโรคลมชักภายใต้ การ ดมยาสลบเฉพาะที่^{[ 2 ]}ขั้นตอนนี้ถูกนำมาใช้เพื่อสำรวจกายวิภาคศาสตร์เชิงหน้าที่ของสมอง การทำแผนที่บริเวณการพูด และการระบุบริเวณเปลือกสมองรับความรู้สึกและสั่งการที่ต้องยกเว้นจากการผ่าตัด แพทย์ชื่อโรเบิร์ต กัลเบรธ ฮีธยังเป็นนักวิจัยด้านสมองในช่วงแรกๆ ที่คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยทูเลน^{[ 3 ] [ 4 ]}

สัญญาณ ECoG ประกอบด้วยศักยภาพหลังไซแนปส์ที่ซิงโครไนซ์กัน ( ศักยภาพสนามเฉพาะที่ ) ซึ่งบันทึกโดยตรงจากพื้นผิวที่เปิดเผยของเปลือกสมอง ศักยภาพเหล่านี้เกิดขึ้นเป็นหลักในเซลล์พีระมิด ของเปลือกสมอง ดังนั้นจึงต้องนำผ่านหลายชั้นของเปลือกสมองน้ำไขสันหลัง (CSF) เยื่อหุ้มสมอง ชั้นในและเยื่อหุ้มสมองชั้นนอกก่อนที่จะถึงอิเล็กโทรดบันทึกใต้เยื่อดูราซึ่งวางอยู่ใต้เยื่อดูรา (เยื่อหุ้มกะโหลกชั้นนอก) อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ถึงอิเล็กโทรดหนังศีรษะของเครื่องตรวจคลื่นไฟฟ้าสมอง (EEG) แบบดั้งเดิม สัญญาณไฟฟ้าจะต้องนำผ่านกะโหลกศีรษะ ด้วย ซึ่งศักยภาพจะลดลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากการนำไฟฟ้าต่ำของกระดูกด้วยเหตุนี้ ความละเอียดเชิงพื้นที่ของ ECoG จึงสูงกว่า EEG มาก ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญในการวางแผนก่อนการผ่าตัด^{[ 5 ]} ECoG ให้ความละเอียดเชิงเวลาประมาณ 5 มิลลิวินาที และความละเอียดเชิงพื้นที่ต่ำถึง 1-100 ไมโครเมตร^{[ 6 ]}

การใช้อิเล็กโทรดแบบฝังลึก ทำให้ ศักยภาพสนามเฉพาะที่สามารถวัดประชากรเซลล์ประสาทในทรงกลมที่มีรัศมี 0.5–3  มม. รอบปลายอิเล็กโทรดได้^{[ 7 ]}ด้วยอัตราการสุ่มตัวอย่างที่สูงเพียงพอ (มากกว่าประมาณ 10  kHz) อิเล็กโทรดแบบฝังลึกยังสามารถวัดศักยภาพการกระทำได้ อีกด้วย ^{[ 8 ]}ในกรณีนี้ความละเอียดเชิงพื้นที่จะลดลงเหลือระดับเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์ และขอบเขตการมองเห็นของอิเล็กโทรดแต่ละตัวจะอยู่ที่ประมาณ 0.05–0.35  มม. ^{[ 7 ]}

การบันทึก ECoG ทำได้โดยใช้ขั้วไฟฟ้าที่วางไว้บนเปลือกสมองที่เปิดออก เพื่อเข้าถึงเปลือกสมอง ศัลยแพทย์จะต้องทำการผ่าตัดเปิดกะโหลกศีรษะก่อน โดยการเอาส่วนหนึ่งของกะโหลกออกเพื่อเปิดเผยพื้นผิวสมอง ขั้นตอนนี้อาจทำได้ภายใต้การดมยาสลบหรือภายใต้การฉีดยาชาเฉพาะที่ หากจำเป็นต้องมีการปฏิสัมพันธ์กับผู้ป่วยสำหรับการทำแผนที่การทำงานของเปลือกสมอง จากนั้นจะทำการผ่าตัดฝังขั้วไฟฟ้าลงบนพื้นผิวของเปลือกสมอง โดยการวางตำแหน่งจะขึ้นอยู่กับผลลัพธ์ของ EEG และภาพถ่ายด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) ก่อนการผ่าตัด ขั้วไฟฟ้าอาจวางไว้ด้านนอกเยื่อหุ้มสมอง (epidural) หรือใต้เยื่อหุ้มสมอง (subdural) ก็ได้ โดยทั่วไปแล้ว ชุดขั้วไฟฟ้า ECoG ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าแบบใช้แล้วทิ้งที่ผ่านการฆ่าเชื้อแล้วจำนวน 16 ตัว ทำจากสแตนเลส คาร์บอนปลาย แพลทินัม โลหะผสมแพลทินัม-อิริเดียมหรือลูกบอลทองคำ แต่ละตัวติดตั้งบนข้อต่อแบบลูกบอลและเบ้าเพื่อความสะดวกในการวางตำแหน่ง ขั้วไฟฟ้าเหล่านี้จะติดอยู่กับกรอบด้านบนในรูปแบบ "มงกุฎ" หรือ "วงแหวน" ^{[ 9 ]}แถบอิเล็กโทรดและกริดอิเล็กโทรดใต้เยื่อดูรายังถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในมิติต่างๆ โดยมีจุดสัมผัสอิเล็กโทรดตั้งแต่ 4 ถึง 256 ^{[ 10 ]}กริดมีความโปร่งใส ยืดหยุ่น และมีหมายเลขกำกับที่จุดสัมผัสอิเล็กโทรดแต่ละจุด ระยะห่างมาตรฐานระหว่างอิเล็กโทรดกริดคือ 1  ซม. อิเล็กโทรดแต่ละตัวมักมี เส้นผ่านศูนย์กลาง 5 มม. อิเล็กโทรดวางอยู่บนพื้นผิวของเปลือกสมองอย่างเบาๆ และได้รับการออกแบบให้มีความยืดหยุ่นเพียงพอเพื่อให้แน่ใจว่าการเคลื่อนไหวตามปกติของสมองจะไม่ก่อให้เกิดการบาดเจ็บ ข้อได้เปรียบที่สำคัญของแถบอิเล็กโทรดและกริดอิเล็กโทรดคือสามารถเลื่อนเข้าไปใต้เยื่อดูราไปยังบริเวณเปลือกสมองที่ไม่ถูกเปิดออกโดยการผ่าตัดกะโหลกศีรษะได้ สามารถใช้แถบอิเล็กโทรดและกริดอิเล็กโทรดแบบมงกุฎร่วมกันได้ตามต้องการ นอกจากนี้ยังสามารถใช้อิเล็กโทรดแบบฝังลึกเพื่อบันทึกกิจกรรมจากโครงสร้างที่ลึกกว่า เช่นฮิปโปแคมปัส

การกระตุ้นด้วยไฟฟ้าโดยตรงที่เปลือกสมอง (DCES) หรือที่รู้จักกันในชื่อการทำแผนที่การกระตุ้นเปลือกสมองมักจะดำเนินการควบคู่ไปกับการบันทึก ECoG เพื่อทำแผนที่การทำงานของเปลือกสมองและระบุโครงสร้างเปลือกสมองที่สำคัญ^{[ 9 ]}เมื่อใช้การกำหนดค่าแบบมงกุฎ สามารถใช้เครื่องกระตุ้นแบบไบโพลาร์แบบมือถือได้ที่ตำแหน่งใดก็ได้ตามแนวอาร์เรย์อิเล็กโทรด อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้แถบใต้เยื่อดูรา การกระตุ้นจะต้องกระทำระหว่างคู่ของอิเล็กโทรดที่อยู่ติดกันเนื่องจากวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าที่เชื่อมต่ออิเล็กโทรดบนกริด กระแสไฟฟ้ากระตุ้นที่ใช้กับเปลือกสมองค่อนข้างต่ำ ระหว่าง 2 ถึง 4 mA สำหรับการกระตุ้นทางประสาทสัมผัส และใกล้ 15 mA สำหรับการกระตุ้นทางปัญญา^{[ 9 ]}ความถี่ในการกระตุ้นมักจะอยู่ที่ 60  Hz ในอเมริกาเหนือและ 50  Hz ในยุโรป และความหนาแน่นของประจุใดๆ ที่มากกว่า 150 μC/cm2 จะทำให้เกิดความเสียหายต่อเนื้อเยื่อ^{[ 11 ] [ 12 ]}

ฟังก์ชันที่มักถูกแมปผ่าน DCES ได้แก่ การเคลื่อนไหวหลัก การรับรู้หลัก และภาษา ผู้ป่วยต้องตื่นตัวและมีปฏิสัมพันธ์ในระหว่างขั้นตอนการแมป แม้ว่าการมีส่วนร่วมของผู้ป่วยจะแตกต่างกันไปในแต่ละขั้นตอนการแมป การแมปภาษาอาจเกี่ยวข้องกับการตั้งชื่อ การอ่านออกเสียง การทำซ้ำ และการเข้าใจด้วยวาจา การแมปการรับรู้ทางกายต้องให้ผู้ป่วยอธิบายความรู้สึกที่ได้รับทั่วใบหน้าและแขนขาในขณะที่ศัลยแพทย์กระตุ้นบริเวณคอร์เทกซ์ต่างๆ^{[ 9 ]}

นับตั้งแต่ได้รับการพัฒนาขึ้นในทศวรรษ 1950 ECoG ได้ถูกนำมาใช้เพื่อระบุตำแหน่งของบริเวณที่ก่อให้เกิดอาการชักในระหว่างการวางแผนก่อนการผ่าตัด ทำแผนที่การทำงานของเปลือกสมอง และเพื่อทำนายความสำเร็จของการผ่าตัดรักษาโรคลมชัก ECoG มีข้อดีหลายประการเหนือวิธีการวินิจฉัยแบบอื่น ๆ:

• การจัดวางอิเล็กโทรดบันทึกและกระตุ้นที่ยืดหยุ่น^{[ 2 ]}
• สามารถทำได้ในทุกขั้นตอน ไม่ว่าจะเป็นก่อน ระหว่าง หรือหลังการผ่าตัด
• ช่วยให้สามารถกระตุ้นสมองด้วยไฟฟ้าโดยตรง และระบุบริเวณสำคัญของเปลือกสมองที่ควรหลีกเลี่ยงระหว่างการผ่าตัด
• มีความแม่นยำและความไวสูงกว่าการบันทึกคลื่นไฟฟ้าสมอง (EEG) บนหนังศีรษะ – ความละเอียดเชิงพื้นที่สูงกว่าและอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนดีกว่า เนื่องจากอยู่ใกล้กับกิจกรรมทางประสาทมากกว่า

ข้อจำกัดของ ECoG ได้แก่:

• ระยะเวลาการเก็บตัวอย่างมีจำกัด – อาการชัก ( เหตุการณ์ ชัก ) อาจไม่ได้รับการบันทึกในระหว่างช่วงเวลาการบันทึก ECoG
• ขอบเขตการมองเห็นที่จำกัด – การวางตำแหน่งอิเล็กโทรดถูกจำกัดด้วยพื้นที่ของเปลือกสมองที่เปิดออกและเวลาในการผ่าตัด อาจเกิดข้อผิดพลาดในการเก็บตัวอย่างได้
• การบันทึกขึ้นอยู่กับอิทธิพลของยาสลบ ยาแก้ปวดชนิดเสพติด และการผ่าตัดเอง^{[ 2 ]}

ECoG เพิ่งปรากฏขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้ในฐานะเทคนิคการบันทึกที่มีแนวโน้มดีสำหรับการใช้งานในอินเทอร์เฟซสมอง-คอมพิวเตอร์ (BCI) ^{[ 21 ]} BCI เป็นอินเทอร์เฟซประสาทโดยตรงที่ให้การควบคุมอุปกรณ์เทียม อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ หรืออุปกรณ์สื่อสารผ่านการใช้สัญญาณสมองของแต่ละบุคคลโดยตรง สัญญาณสมองอาจถูกบันทึกได้ทั้งแบบรุกราน โดยใช้อุปกรณ์บันทึกที่ฝังลงในคอร์เทกซ์โดยตรง หรือแบบไม่รุกราน โดยใช้อิเล็กโทรด EEG บนหนังศีรษะ ECoG ทำหน้าที่เป็นทางเลือกที่รุกรานบางส่วนระหว่างสองวิธีนี้ – ในขณะที่ ECoG ไม่สามารถทะลุผ่านกำแพงเลือด-สมองได้เหมือนอุปกรณ์บันทึกแบบรุกราน แต่มีความละเอียดเชิงพื้นที่สูงกว่าและอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนสูงกว่า EEG ^{[ 21 ]} ECoG ได้รับความสนใจเมื่อเร็ว ๆ นี้สำหรับการถอดรหัสคำพูดหรือดนตรีที่จินตนาการ ซึ่งอาจนำไปสู่ ​​BCI แบบ "ตรงไปตรงมา" ^{[ 22 ]}ซึ่งผู้ใช้เพียงแค่จินตนาการถึงคำ ประโยค หรือดนตรีที่ BCI สามารถตีความได้โดยตรง^{[ 23 ] [ 24 ]}

นอกเหนือจากการประยุกต์ใช้ทางคลินิกเพื่อระบุตำแหน่งบริเวณการทำงานเพื่อสนับสนุนการผ่าตัดระบบประสาทแล้ว การทำแผนที่การทำงานของสมองแบบเรียลไทม์ด้วย ECoG ยังได้รับความสนใจในการสนับสนุนการวิจัยเกี่ยวกับคำถามพื้นฐานในด้านประสาทวิทยาศาสตร์ ตัวอย่างเช่น การศึกษาในปี 2017 ได้สำรวจบริเวณภายในพื้นที่ประมวลผลใบหน้าและสี และพบว่าบริเวณย่อยเหล่านี้มีส่วนร่วมที่เฉพาะเจาะจงอย่างมากต่อแง่มุมต่างๆ ของการมองเห็น^{[ 25 ]}การศึกษาอีกชิ้นหนึ่งพบว่ากิจกรรมความถี่สูงตั้งแต่ 70 ถึง 200  Hz สะท้อนถึงกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการตัดสินใจทั้งแบบชั่วคราวและแบบต่อเนื่อง^{[ 26 ]}งานอื่นๆ ที่ใช้ ECoG นำเสนอแนวทางใหม่ในการตีความกิจกรรมของสมอง โดยชี้ให้เห็นว่าทั้งพลังงานและเฟสมีอิทธิพลร่วมกันต่อศักยภาพแรงดันไฟฟ้าทันที ซึ่งควบคุมความตื่นตัวของเปลือกสมองโดยตรง^{[ 27 ]}เช่นเดียวกับงานในการถอดรหัสคำพูดและดนตรีที่จินตนาการ ทิศทางการวิจัยเหล่านี้ที่เกี่ยวข้องกับการทำแผนที่การทำงานของสมองแบบเรียลไทม์ยังมีผลกระทบต่อการปฏิบัติทางคลินิก รวมถึงการผ่าตัดระบบประสาทและระบบ BCI ด้วย ระบบที่ใช้ในสิ่งพิมพ์เกี่ยวกับการทำแผนที่การทำงานแบบเรียลไทม์ส่วนใหญ่เหล่านี้คือ"CortiQ " เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 11 พฤษภาคม 2019 เรียกดูเมื่อวันที่ 12 มิถุนายน 2019ได้ถูกนำไปใช้ทั้งในงานวิจัยและการใช้งานทางคลินิก

การตรวจคลื่น ไฟฟ้าสมอง (Electrocorticogram หรือ ECoG) ยังคงถือเป็น " มาตรฐานทองคำ " ในการกำหนดบริเวณที่ก่อให้เกิดอาการชัก อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้มีความเสี่ยงสูงและเป็นการรุกรานร่างกายอย่างมาก การศึกษาล่าสุดได้สำรวจการพัฒนาเทคนิคการถ่ายภาพเปลือกสมองแบบไม่รุกรานสำหรับการวางแผนก่อนการผ่าตัด ซึ่งอาจให้ข้อมูลและความละเอียดที่คล้ายคลึงกับการตรวจ ECoG ที่เป็นวิธีการรุกรานร่างกาย

ในแนวทางใหม่หนึ่งวิธี Lei Ding และคณะ^{[ 28 ]}พยายามที่จะบูรณาการข้อมูลที่ได้จาก MRI โครงสร้างและ EEG บนหนังศีรษะเพื่อเป็นทางเลือกที่ไม่รุกรานแทน ECoG การศึกษานี้ได้ตรวจสอบวิธีการระบุตำแหน่งแหล่งกำเนิดในพื้นที่ย่อยที่มีความละเอียดสูง FINE (เวกเตอร์หลักการแรก) เพื่อสร้างภาพตำแหน่งและประมาณขอบเขตของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าจาก EEG บนหนังศีรษะ เทคนิคการกำหนดเกณฑ์ถูกนำมาใช้กับโทโมกราฟีของค่าความสัมพันธ์ในพื้นที่ย่อยที่ได้เพื่อระบุแหล่งกำเนิดที่ทำให้เกิดโรคลมชัก วิธีนี้ได้รับการทดสอบในผู้ป่วยเด็ก 3 รายที่เป็นโรคลมชักที่รักษาไม่หาย โดยได้ผลลัพธ์ทางคลินิกที่น่าพอใจ ผู้ป่วยแต่ละรายได้รับการประเมินโดยใช้ MRI โครงสร้าง การเฝ้าติดตาม EEG ด้วยวิดีโอระยะยาวโดยใช้ขั้วไฟฟ้าบนหนังศีรษะ และต่อมาด้วยขั้วไฟฟ้าใต้เยื่อดูรา จากนั้นจึงบันทึกข้อมูล ECoG จากกริดขั้วไฟฟ้าใต้เยื่อดูราที่ฝังไว้บนพื้นผิวของเปลือกสมองโดยตรง นอกจากนี้ยังได้ภาพ MRI และภาพเอกซเรย์คอมพิวเตอร์สำหรับผู้ป่วยแต่ละรายด้วย

บริเวณที่ก่อให้เกิดอาการชักที่ระบุได้จากข้อมูล EEG ก่อนการผ่าตัดได้รับการยืนยันโดยการสังเกตจากข้อมูล ECoG หลังการผ่าตัดในผู้ป่วยทั้งสามราย ผลลัพธ์เบื้องต้นเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าสามารถวางแผนการผ่าตัดและระบุตำแหน่งของบริเวณที่ก่อให้เกิดอาการชักได้โดยไม่จำเป็นต้องผ่าตัด โดยใช้วิธีการถ่ายภาพและการบูรณาการที่อธิบายไว้ ผลการตรวจ EEG ได้รับการยืนยันเพิ่มเติมจากผลลัพธ์การผ่าตัดของผู้ป่วยทั้งสามราย หลังจากการผ่าตัดเอาส่วนที่ก่อให้เกิดอาการชักออก ผู้ป่วยสองรายไม่มีอาการชัก และรายที่สามมีอาการชักลดลงอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากความสำเร็จทางคลินิก FINE จึงเป็นทางเลือกที่น่าสนใจแทน ECoG ก่อนการผ่าตัด โดยให้ข้อมูลเกี่ยวกับทั้งตำแหน่งและขอบเขตของแหล่งกำเนิดอาการชักผ่านกระบวนการถ่ายภาพที่ไม่ต้องผ่าตัด