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Neuroscience
Programme de spectrogrammes multitaper s'informatisé pour les données électroencéphalographiques
Programme de spectrogrammes multitaper s'informatisé pour les données électroencéphalographiques
JoVE Journal
Neuroscience
This content is Free Access.
JoVE Journal Neuroscience
Computer-based Multitaper Spectrogram Program for Electroencephalographic Data

Programme de spectrogrammes multitaper s'informatisé pour les données électroencéphalographiques

Full Text
12,848 Views
04:13 min
November 13, 2019

DOI: 10.3791/60333-v

Christopher B. O'Brien1, Helen A. Baghdoyan1,2,3, Ralph Lydic1,2,3

1Department of Psychology,University of Tennessee, 2Department of Anesthesiology,University of Tennessee, 3Oak Ridge National Laboratory

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This protocol describes an open-source MATLAB program that generates multitaper spectrograms for analyzing electroencephalographic (EEG) data. It enables users to create customizable spectrograms without requiring prior knowledge of signal processing.

Key Study Components

Area of Science

  • Electrophysiology
  • Signal processing
  • Neuroscience

Background

  • Electroencephalography (EEG) is used to monitor brain activity.
  • Multitaper techniques enhance spectral analysis of EEG data.
  • Understanding the effects of various substances on EEG dynamics is crucial.
  • Common opiates show significant impacts on cortical EEG patterns.

Purpose of Study

  • To provide a user-friendly method for generating multitaper spectrograms.
  • To analyze the dynamic changes in EEG frequency and power.
  • To visualize the effects of different opiates on cortical EEG power.

Methods Used

  • The study employs a compiled MATLAB program for spectrogram computation.
  • The biological model involves chronic implantation of EEG and EMG electrodes in mice.
  • EEG data must be collected in millivolts approximately 7-10 days post-surgery.
  • Participants score EEG data using appropriate software to categorize sleep states.
  • Important files must be in EDF or CSV format for compatibility with the program.

Main Results

  • The program successfully visualizes EEG dynamics and compares effects of various opiates.
  • Notable spectral power changes were observed following morphine and buprenorphine administration.
  • EEG power levels were higher with saline treatment compared to buprenorphine in the 0.5 to 4 Hz frequency range.
  • Chronic electrode implantation facilitated long-term studies on substance effects.

Conclusions

  • This study demonstrates the utility of the MATLAB program for EEG data analysis.
  • The program’s open-source nature allows for broader accessibility in neuroscience research.
  • Insights gained may elucidate the impacts of opiates on brain activity, aiding in drug-related research.

Frequently Asked Questions

What are the advantages of using the MATLAB program?
The program is open source and user-friendly, requiring no prior signal processing knowledge, making it accessible for various research applications.
How is the EEG data collected?
EEG data is collected from mice with implanted electrodes, typically 7-10 days after surgery, recording signals in millivolts over the desired experimental period.
What type of data can be obtained using this method?
Users can obtain detailed spectrograms that illustrate EEG frequency and power dynamics, allowing for the study of the effects of substances on brain activity.
Can the method be adapted for different research needs?
Yes, the program allows customization of spectrogram parameters, enabling researchers to tailor the analysis to their specific experimental designs.
Are there any limitations to this protocol?
The main limitation is that it requires some familiarity with managing file formats and basic understanding of EEG data interpretation.
What type of scoring is done on the EEG data?
Each 10-second bin of the EEG data is independently scored for wakefulness, REM sleep, or non-REM sleep using specialized software.

Ce protocole fournit un programme MATLAB ouvert et compilé qui génère des spectrogrammes multitapers pour les données électroencéphalographiques.

Ce protocole est significatif car il permet aux utilisateurs de développer des spectrogrammes multitaper personnalisables sans connaissance préalable de traitement du signal. Le principal avantage technique du programme est la conception conviviale du programme et la possibilité de créer des spectrogrammes multitâper à l’aide d’ordinateurs sans licence MATLAB. Sept à dix jours après la chirurgie d’implantation de l’électrode, configurez le système d’acquisition de données pour enregistrer tous les signaux en millivolts et obtenez des enregistrements EEG pour la durée expérimentale souhaitée.

Amplifiez et numérisez les signaux EEG non filtrés à l’aide de l’instrumentation et du logiciel d’acquisition de données appropriés. Ensuite, avoir deux individus différents indépendamment marquer chaque bac de 10 secondes de l’EEG numérique, trace bleue, et EMG, trace noire, enregistrements comme éveil, sommeil paradoxal, ou non-REM sommeil dans un logiciel approprié de notation du sommeil. Téléchargez le programme multitaper spectrogramme compilé.

Pour le calcul des spectrogrammes, obtenez des données EEG brutes et non traitées au format de fichier EDF ou CSV, placez le fichier au même endroit que le fichier de programme compilé et lancez le programme Spectrogram. Suivez les invites pop-up et sélectionnez le format de fichier approprié. Entrez l’ensemble du nom du fichier EEG et sélectionnez les paramètres pour le calcul du spectrogramme.

Entrez les titres pour le spectrogramme et l’EEG. Ensuite, cliquez sur Fichier et Enregistrer pour enregistrer le spectrogramme résultant et la trace EEG dans le format de fichier désiré. Ce chiffre montre des similitudes représentatives et des différences dans l’EEG cortical pendant l’éveil, le sommeil non-REM, et le sommeil paradoxal.

Cet hypnogramme a été utilisé pour tracer l’organisation temporelle des états de sommeil et d’éveil basée sur des évaluations des enregistrements EEG et EMG. Contrairement à l’hypnogramme discret, un spectrogramme peut être utilisé pour illustrer les changements très dynamiques de la fréquence et de la puissance de l’EEG en fonction du temps et pour mettre en évidence les similitudes entre le signal cortical EEG pendant l’éveil et le sommeil paradoxal. Ces spectrogrammes multitaper résument chacun quatre heures d’enregistrements d’EEG après administration systémique de saline, morphine, buprénorphine, ou fentanyl.

Ce chiffre montre l’utilisation de spectrogrammes pour visualiser les effets des opiacés différents sur la puissance corticale de l’EEG. L’activité à ondes lentes présente dans l’état salin est éliminée par la morphine et la buprénorphine. Après l’administration de fentanyl, la puissance de delta à ondes lentes peut être observée.

Les changements d’EEG illustrés par les spectrogrammes peuvent être quantifiés et exprimés à mesure que la puissance spectrale moyenne domine chaque demi-fréquence. Par exemple, comme l’illustre ce graphique, la moyenne de la puissance spectrale dans des bandes de fréquences EEG spécifiques a révélé que dans la gamme de fréquences de 0,5 à 4 hertz, la puissance EEG était beaucoup plus élevée avec le traitement salin qu’avec la buprénorphine. Les souris atteintes d’électrodes EEG et EMG implantées de façon chronique demeurent en bonne santé pendant de nombreux mois, ce qui permet de nouvelles études sur les interactions médicamenteuses et l’administration chronique de médicaments.

En outre, ces techniques peuvent fournir de nouvelles perspectives sur les efforts visant à développer des contre-mesures chimiques à la dépression respiratoire induite par les opiacés.

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Neurosciences Numéro 153 neurosciences fentanyl morphine buprénorphine sommeil menaces chimiques

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