คลื่นไฟฟ้าสมอง EEG (Electroencephalography)

คลื่นไฟฟ้าสมอง EEG (Electroencephalography)       

          จุดเริ่มต้นของการตรวจคลื่นไฟฟ้าสมอง เริ่มในปี พ.ศ.2418 โดยนักสรีรวิทยาชาวอังกฤษ ชื่อ Richard Carton ได้ศึกษาคุณสมบัติของศักย์ไฟฟ้าที่เกิดจากการทำงานของสมองในสัตว์ทดลองโดยใช้ขั้วไฟฟ้าชนิดขั้วเดี่ยววางบนเปลือกสมอง (cerebral cortex) และกะโหลกศีรษะ แล้ววัดศักย์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้น โดยใช้เครื่องวัดกระแสไฟฟ้า (galvanometer) เขาพบว่าศักย์ไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นในขณะสัตว์หลับและจะลดลงจนหายไปหลังจากที่สัตว์ตายแล้ว ต่อมาเขาได้ตีพิมพ์ผลงานนี้ออกสู่สาธารณชนเป็นครั้งแรก หลังจากนั้น 15 ปีต่อมา นักสรีรวิทยาชาวโปแลนด์ชื่อ Adolf Beck ได้ค้นพบศักย์ไฟฟ้าที่เกิดจากการทำงานของเปลือกสมอง (cerebral cortex) ของสุนัขและกระต่ายโดยมีรูปแบบของศักย์ไฟฟ้าที่สม่ำเสมอ ต่อมาในปี พ.ศ. 2445 ได้มีการประดิษฐ์เครื่องตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจชนิดไอน์โธเฟน (Einthoven electrocardiograph) 

         นักวิทยาศาสตร์หลายท่านได้พยายามประยุกต์เครื่องมือดังกล่าว มาใช้ในการศึกษาคลื่นไฟฟ้าสมอง จนกระทั่งในปี พ.ศ. 2457 Napoleon Cybulski และ S. Jalenska Macieszyna สามารถบันทึกคลื่นไฟฟ้าสมองในขณะที่สุนัขมีอาการชักได้เป็นผลสำเร็จ ต่อมาได้มีการพัฒนาอุปกรณ์ที่ช่วยขยายสัญญาณไฟฟ้าปริมาณน้อยๆ ที่เกิดจากการทำงานของสมองทำให้สามารถบันทึกคลื่นไฟฟ้าสมองได้ดียิ่งขึ้น

        การตรวจคลื่นไฟฟ้าสมองในมนุษย์นั้น เริ่มขึ้นในปี พ.ศ.2467 โดย Hans Berger จิตแพทย์ชาวเยอรมัน ได้ใช้เครื่องวัดกระแสไฟฟ้าชนิดชนิดไอน์โธเฟน (Einthoven string galvanometer) บันทึกคลื่นไฟฟ้าสมองมนุษย์เป็นครั้งแรก ซึ่งเขาได้บันทึกคลื่นไฟฟ้าสมองของลูกชายของเขาเองและตีพิมพ์ในวารสารทางด้านจิตแพทย์ อีก 5 ปีต่อมา Berger ได้ค้นพบคลื่นอัลฟา (alpha rhythm) โดยเขาพบว่าคลื่นนี้จะหายไปเมื่อผู้ป่วยลืมตาหรือใช้สมาธิในการคำนวณ ผลการศึกษาดังกล่าวเป็นพื้นฐานที่สำคัญในการตรวจและแปลผลคลื่นไฟฟ้าสมองในปัจจุบัน 

          ปัจจุบัน เครื่องบันทึกคลื่นไฟฟ้าสมองได้มีการพัฒนาก้าวหน้ามากขึ้น มีการนำระบบคอมพิวเตอร์มาใช้ในการตรวจและวิเคราะห์คลื่นไฟฟ้าสมองได้ละเอียดแม่นยำกว่าในอดีต อย่างไรก็ตาม การแปลผลยังต้องอาศัยแพทย์หรือผู้เชี่ยวชาญที่มีประสบการณ์และความชำนาญเฉพาะทาง เพื่อให้การวินิจฉัยมีความถูกต้องมากขึ้น 

ชนิดของคลื่นไฟฟ้าสมอง

          คลื่นสมอง เป็นพลังงานที่เกิดจากการทำงานของสมองในการรับส่งข้อมูลที่เป็นสัญญาณไฟฟ้า การรับส่งข้อมูลสัญญาณไฟฟ้านี้ทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เรียกว่า คลื่นสมอง เครื่องมือที่ใช้วัดคลื่นสมอง คือElectroencephalogram (EEG) มีหน่วยเป็น เฮิรตซ์(hertz ย่อว่า Hz) เป็นหน่วยของค่าความถี่ โดย 1 Hz คือ ความถี่ ที่เท่ากับ 1 ครั้ง ต่อวินาที (1/s) hertz มาจากชื่อนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ชื่อ ไฮน์ริชเฮิร์ตซ์ (Heinrich Hertz) เป็นนักวิทยาศาสตร์ทางด้าน แม่เหล็กไฟฟ้าหน่วย hertz ได้กำหนดครั้งแรกในปีค.ศ. 1930 (ข้อมูลจาก http://en.wikipedia.org/wiki/Heinrich_Hertz)

แผนภาพที่1  คลื่นความถี่ 1.2 Hz  ที่มา http://en.wikipedia.org/wiki/Hertz

แผนภาพที่2 คลื่นความถี่ 5.0 Hz ที่มา http://en.wikipedia.org/wiki/Hertz

 

          คลื่นสมองของมนุษย์สามารถจำแนกได้ 4 ระดับ ซึ่งแต่ละระดับส่งผลต่อประสิทธิภาพการเรียนรู้แตกต่างกัน ดังนี้ (ข้อมูลจาก http://en.wikipedia.org/wiki/Electroencephalography)

          1. คลื่นสมองระดับเบต้า (Beta Brainwave ความถี่ระห ว่าง 14 – 30 Hz) เป็นคลื่นสมองที่เร็วที่สุด สมองควบคุมจิตใต้สำนึก เมื่อใช้สมองเปิดรับข้อมูลพร้อมระบบประสาทสัมผัสทุกด้าน

แผนภาพ คลื่นสมองระดับเบต้า ที่มา http://en.wikipedia.org/wiki/File:Eeg_beta.svg

          คลื่นสมองระดับเบต้า มีประสิทธิภาพในการเรียนรู้จะต่ำมากจดจำสิ่งต่างๆ ได้น้อยและเป็นความจำระยะสั้น หรือจำในสิ่งที่เรียนไม่ได้เลย เกิดจากความเครียด วิตกกังวล อิจฉาริษยา หวาดระแวง ทุกข์ใจ เศร้าโศก คลื่นสมองในระดับนี้มีสมาธิน้อย ความคิดฟุ้งซ่านการจัดการเรียนรู้ของผู้สอนต้องหลีกเลี่ยงการสร้างบรรยากาศที่ทำให้ผู้เรียนมีความเครียด วิตกกังวล หวาดระแวง เพราะจะทำให้คลื่นสมองของผู้เรียนเป็นคลื่นเบต้า ทำให้เรียนรู้ได้น้อย หรือไม่ได้เลย เป็นการเสียเวลาไปเปล่าโดยไม่ได้เกิดการเรียนรู้

          2. คลื่นสมองระดับอัลฟา (Alpha Brainwave ความถี่ระหว่าง8 – 13.9 Hz) เป็นคลื่นสมองที่เกิดขึ้นเมื่อมีความสงบ (relaxation) สภาวะนี้เป็นสภาวะที่สามารถรับรู้ข้อมูลได้ดีที่สุด สามารถเรียนรู้ได้ดี (super learning) สมองสามารถเปิดรับข้อมูลได้อย่างเต็มที่และเรียนรู้ได้อย่างรวดเร็ว เป็นสภาวะที่สมองมีประสิทธิภาพสูง

แผนภาพ  คลื่นสมองระดับอัลฟา ที่มา http://en.wikipedia.org/wiki/File:Eeg_alpha.svg

          คลื่นสมองระดับอัลฟา มีประสิทธิภาพในการเรียนรู้สูง มีสมาธิอารมณ์ดี ร่าเริงแจ่มใส เบิกบาน จำสิ่งต่างๆ ได้ดี ใช้ความคิดได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น การคิดวิเคราะห์ การคิดสังเคราะห์ การคิดอย่างมีวิจารณญาณ การคิดสร้างสรรค์เป็นต้น เกิดจากการที่ร่างกายและจิตใจ มีความผ่อนคลาย ไม่เครียด ไม่วิตกกังวล มีความสุข

          การจัดการเรียนรู้ของผู้สอนจำเป็นต้องจัดบรรยากาศที่เอื้อต่อการเรียนรู้ทั้งบรรยากาศทางกายภาพ บรรยากาศทางจิตวิทยา และบรรยากาศทางสังคมที่ทำให้ผู้เรียนรู้สึกผ่อนคลาย มีความสุข ส่งผลทำให้ระดับคลื่นสมองของผู้เรียนเป็นระดับอัลฟา ผู้เรียนจะเรียนรู้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และมีความคงทนในการเรียนรู้

          การเรียนรู้อย่างมีความสุขเป็นความรู้สึกที่ดีของผู้เรียน ที่เกิดขึ้นในระหว่างการปฏิบัติกิจกรรมการเรียนรู้ เกิดจากหลายปัจจัย เช่น กิจกรรมการเรียนรู้ตอบความต้องการเรียนรู้ ได้ทำกิจกรรมร่วมกับเพื่อนและผู้สอน การแลกเปลี่ยนความรู้สึกที่ดีกับเพื่อนและผู้สอน อยู่ในสภาพแวดล้อมที่เอื้อต่อการเรียนรู้

          ผลการวิจัยปัจจัยที่ส่งผลต่อการเรียนรู้อย่างมีความสุข พบว่าปัจจัยที่ส่งผลทำให้ผู้เรียนมีการเรียนรู้อย่างมีความสุข ประกอบด้วย การจัดการเรียนรู้ที่เน้นผู้เรียนเป็นสำคัญ บุคลิกภาพของผู้สอน ความสามารถในการปรับตัวของผู้เรียนความภาคภูมิใจในตนเอง ความเชื่อมั่นในตนเอง และสภาพแวดล้อมทางการเรียนรู้

          ดังนั้นจึงเป็นบทบาทของผู้สอนที่ต้องจัดการเรียนรู้ให้ผู้เรียนเกิดการเรียนรู้อย่างมีความสุข เพื่อทำให้คลื่นสมองของผู้เรียนอยู่ในระดับอัลฟา ซึ่งผู้เรียนจะสามารถเรียนรู้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

          3. คลื่นสมองระดับธีต้า (Theta Brainwave ความถี่ระหว่าง 4 – 7.9 Hz) เป็นคลื่นสมองที่เกิดขึ้นเมื่อมีการผ่อนคลายระดับลึก คลื่นสมองระดับนี้ สามารถดึงข้อมูลจากจิตใต้สำนึก (subconscious mind) ได้ การคิดสร้างสรรค์การแก้ไขปัญหา การหยั่งรู้ เป็นคลื่นระดับเดียวกับสมาธิระดับลึก (meditation) ระลึกความทรงจำระยะยาวได้ดีมีความสุข ความปีติ 

แผนภาพ คลื่นสมองระดับธีต้า ที่มา http://en.wikipedia.org/wiki/File:Eeg_theta.svg

          4. คลื่นสมองระดับเดลต้า (Delta Brainwave ความถี่ระหว่าง (0.1 – 3.9 Hz) เป็นคลื่นสมองที่ต่ำที่สุด สมองทำงานตามความจำเป็นเท่านั้นแต่กระบวนการของ จิตใต้สำนึกจะจัดและเก็บข้อมูลอย่างต่อเนื่อง เป็นช่วงที่ร่างกายกำลังพักผ่อนอย่างเต็มที่ โดยปกติจะเกิดขึ้นเมื่อมีการหลับลึก ยกเว้นผู้ที่มีการฝึกทำสมาธิอย่างต่อเนื่องจะสามารถปรับระดับคลื่นสมองให้อยู่ในระดับเดลต้าได้ เช่น การเข้าฌาณของพระวิปัสสนาจารย์ เป็นต้น

แผนภาพ  คลื่นสมองระดับเดลต้า ที่มา http://en.wikipedia.org/wiki/File:Eeg_delta.svg

 

          กล่าวโดยสรุปแล้ว คลื่นสมองที่เอื้อต่อการเรียนรู้ คือ คลื่นสมองระดับอัลฟา ซึ่งผู้สอนจำต้องจัดบรรยากาศการเรียนรู้ที่กระตุ้นคลื่นสมองของผู้เรียนให้อยู่ในระดับอัลฟา ซึ่งจะเหมาะสมแก่การเรียนรู้ มีความจำในสิ่งที่เรียนรู้ และการคิด

          เทคนิคการดูแลสมองให้มีประสิทธิภาพในการเรียนรู้ ประกอบด้วย 1) การรับประทานอาหารที่มีประโยชน์ต่อร่างกาย 2) การหายใจรับอากาศบริสุทธิ์ 3) การหายใจที่ถูกต้อง 4) การคิดเชิงบวกและสร้างสรรค์ 5) การเรียนรู้สิ่งใหม่ 6) การทำสมาธิ 7) การออกกำลังกาย และ 8) การนอนหลับอย่างเพียงพอ