Computerbasiertes Multitaper-Spektrogrammprogramm für elektroenzephalographische Daten

Dieses Protokoll ist wichtig, da es Benutzern ermöglicht, anpassbare Multitaper-Spektrogramme ohne vorheriges Wissen über die Signalverarbeitung zu entwickeln. Der wichtigste technische Vorteil des Programms ist das benutzerfreundliche Design des Programms und die Möglichkeit, Multitaper-Spektrogramme mit Computern ohne MATLAB-Lizenzierung zu erstellen. Sieben bis zehn Tage nach der Elektrodenimplantationsoperation konfigurieren Sie das Datenerfassungssystem, um alle Signale in Millivolt aufzuzeichnen, und erhalten Sie EEG-Aufnahmen für die gewünschte experimentelle Dauer.

Verstärken und digitalisieren Sie die ungefilterten EEG-Signale mit der entsprechenden Datenerfassungsinstrumentation und Software. Dann haben zwei verschiedene Individuen unabhängig voneinander Punkten jeder 10-Sekunden-Behälter des digitalen EEG, blaue Spur, und EMG, schwarze Spur, Aufnahmen wie Wachheit, REM-Schlaf, oder Nicht-REM-Schlaf in einem geeigneten Schlaf-Scoring-Software-Programm. Laden Sie das kompilierte Multitaper Spectrogram Programm herunter.

Für die Spektrogrammberechnung erhalten Sie unformatierte, unverarbeitete EEG-Daten im EDF- oder CSV-Dateiformat, platzieren Sie die Datei an demselben Speicherort wie die kompilierte Programmdatei, und starten Sie das Spectrogram-Programm. Folgen Sie den Popup-Eingabeaufforderungen, und wählen Sie das entsprechende Dateiformat aus. Geben Sie den gesamten EEG-Dateinamen ein, und wählen Sie die Parameter für die Spektrogrammberechnung aus.

Geben Sie Titel sowohl für das Spektrogramm als auch für eEG ein. Klicken Sie dann auf Datei und Speichern, um das resultierende Spektrogramm und die EEG-Ablaufverfolgung im gewünschten Dateiformat zu speichern. Diese Abbildung zeigt repräsentative Ähnlichkeiten und Unterschiede im kortikalen EEG während der Wachheit, nicht-REM-Schlaf, und REM-Schlaf.

Dieses Hypnogramm wurde verwendet, um die zeitliche Organisation der Schlaf- und Wachzustände auf der Grundlage von Bewertungen der EEG- und EMG-Aufnahmen darzustellen. Im Gegensatz zum diskretisierten Hypnogramm kann ein Spektrogramm verwendet werden, um hochdynamische Veränderungen der EEG-Frequenz und -Leistung als Funktion der Zeit zu veranschaulichen und die Ähnlichkeiten zwischen dem kortikalen EEG-Signal während der Wachheit und dem REM-Schlaf hervorzuheben. Diese Multitaper-Spektrogramme fassen jeweils vier Stunden EEG-Aufnahmen nach systemischer Verabreichung von Saline, Morphin, Buprenorphin oder Fentanyl zusammen.

Diese Abbildung zeigt die Verwendung von Spektrogrammen, um die Auswirkungen verschiedener Opiate auf die kortikale EEG-Leistung zu visualisieren. Die langsame Aktivität, die im Salinezustand vorhanden ist, wird durch Morphin und Buprenorphin eliminiert. Nach der Fentanyl-Verabreichung kann eine langsame Deltaleistung beobachtet werden.

EEG-Änderungen, die durch die Spektrogramme veranschaulicht werden, können weiter quantifiziert und als die durchschnittliche dominierende Spektralleistung jeder Halbfrequenz ausgedrückt werden. Wie in diesem Diagramm dargestellt, ergab die Mittelung der Spektralleistung innerhalb bestimmter EEG-Frequenzbänder, dass im Frequenzbereich von 0,5 bis vier Hertz die EEG-Leistung bei der Salinebehandlung viel höher war als bei Buprenorphin. Mäuse mit chronisch implantierten EEG- und EMG-Elektroden bleiben viele Monate gesund und ermöglichen neuartige Studien über Wechselwirkungen zwischen Arzneimitteln und chronische nadierende Arzneimittel.

Darüber hinaus können diese Techniken neue Erkenntnisse über die Bemühungen zur Entwicklung chemischer Gegenmaßnahmen gegen Opiat-induzierte Atemdepressionen liefern.