ארגז הכלים של BrainBeats הוא תוסף EEGLAB בקוד פתוח שנועד לנתח במשותף אותות EEG ולב וכלי דם (ECG/PPG). הוא כולל הערכת פוטנציאלים מעוררי פעימות לב (HEP), ניתוח מבוסס תכונות וחילוץ חפצי לב מאותות EEG. הפרוטוקול יסייע בחקר יחסי גומלין מוח-לב באמצעות שתי עדשות (HEP ותכונות), וישפר את יכולת השחזור והנגישות.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
BrainBeats כתוסף EEGLAB בקוד פתוח לניתוח משותף של אותות EEG ואותות לב וכלי דם
במאמר זה
סיכום
תקציר
יחסי הגומלין בין המוח למערכת הלב וכלי הדם זוכים לתשומת לב מוגברת בשל הפוטנציאל שלהם לקדם את הבנתנו את הפיזיולוגיה האנושית ולשפר את התוצאות הבריאותיות. עם זאת, הניתוח הרב-מודאלי של אותות אלה מאתגר בשל היעדר הנחיות, עיבוד אותות סטנדרטיים וכלים סטטיסטיים, ממשקי משתמש גרפיים (GUI) ואוטומציה לעיבוד מערכי נתונים גדולים או הגדלת יכולת השחזור. חלל נוסף קיים בשיטות מיצוי סטנדרטיות של תכונות EEG והשתנות קצב לב (HRV), המערערות את האבחון הקליני או את החוסן של מודלים של למידת מכונה (ML). בתגובה למגבלות אלה, אנו מציגים את ארגז הכלים של BrainBeats. BrainBeats, המיושמת כתוסף EEGLAB בקוד פתוח, משלבת שלושה פרוטוקולים עיקריים: 1) פוטנציאלים מעוררי פעימות לב (HEP) ותנודות (HEO) להערכת יחסי גומלין בין מוח ללב נעולים בזמן בדיוק של אלפיות השנייה; 2) מיצוי תכונות EEG ו- HRV לבחינת קשרים/הבדלים בין מדדי מוח ולב שונים או לבניית מודלים חזקים מבוססי תכונות ML; 3) חילוץ אוטומטי של ממצאי לב מאותות EEG כדי להסיר כל זיהום קרדיווסקולרי פוטנציאלי בעת ביצוע ניתוח EEG. אנו מספקים הדרכה שלב אחר שלב ליישום שלוש שיטות אלה על מערך נתונים בקוד פתוח המכיל אותות EEG, ECG ו- PPG בו-זמנית של 64 ערוצים. משתמשים יכולים לכוונן בקלות פרמטרים כדי להתאים אישית את צרכי המחקר הייחודיים שלהם באמצעות ממשק המשתמש הגרפי (GUI) או שורת הפקודה. BrainBeats אמור להפוך את מחקר יחסי הגומלין בין המוח ללב לנגיש יותר וניתן לשחזור.
מבוא
במשך זמן רב, הגישה הרדוקציוניסטית שלטה במחקר המדעי בפיזיולוגיה ובקוגניציה האנושית. גישה זו כללה ניתוח תהליכים גופניים ומנטליים מורכבים למרכיבים קטנים וקלים יותר לניהול, מה שאיפשר לחוקרים להתמקד במערכות בודדות בבידוד. אסטרטגיה זו התעוררה בשל האתגרים בחקר הטבע המורכב והמקושר של הגוף והנפש האנושיים1. רדוקציוניזם סייע בהבנת תת-מערכות בודדות בבידוד, כגון הבהרת תפקידן של תעלות יונים ופוטנציאלי פעולה עבור תקשורת עצבית2 או לבבית3 . עם זאת, נותר פער משמעותי בהבנתנו כיצד מערכות מבודדות אלה מתקשרות בקנה מידה מרחבי וזמני גדול יותר. המסגרת הרב-מודאלית (אינטגרטיבית או אקולוגית) רואה בגוף האדם מערכת רב-ממדית מור....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
הסכמה מדעת התקבלה מכל משתתף, וועדת האתיקה של האוניברסיטה הפדרלית של אורל אישרה את פרוטוקול הניסוי.
1. דרישות BrainBeats
- התקינו את MATLAB ואת EEGLAB במחשב. ניתן להוריד EEGLAB ב-https://github.com/sccn/eeglab ולפתוח את הרוכסן (או לשכפל אותו עבור משתמשי Git) בכל מקום במחשב. עיין בדף GitHub לקבלת פרטים נוספים על ההתקנה.
- הוסיפו את הנתיב לתיקייה EEGLAB בלוח הבית של MATLAB על ידי לחיצה על כפתור Set Path . בחר את תיקיית eeglab עם הקובץ unzipped ולחץ להציל > סגור.
- הפעל את EEGLAB על ידי הקלדת eeglab בחלון הפקודה של MATLAB.
- התקן את תוסף BrainBea....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
ראשית, תוסף BrainBeats שימש לעיבוד מוקדם של נתוני EEG ואק"ג, זיהוי והסרה של ממצאים וניתוח פוטנציאלים מעוררי פעימות לב (HEP) ותנודות (HEO). BrainBeats זיהו בהצלחה את מרווחי ה-RR מאות האק"ג וכמה ממצאים של RR (איור 2). BrainBeats דיווחה גם בחלון הפקודה כי 11/305 (3.61%) מפעימות הלב סומנו כממצאים ועברו אינטרפולציה. למדד איכות האות הממוצע (SQI) של מרווחי RR (לפני אינטרפולציה) יש ערך של 1, שהוא הערך הגבוה ביותר. איכות אות נמוכה תואמת לכך ש- 20% או יותר מסדרת RR מסומנים כחפץ או עם SQI<0.9. ערוץ .......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
שלבים קריטיים בפרוטוקול
שלבים קריטיים מתוארים בשלבים 1.1-1.4. אזהרות והודעות שגיאה מיושמות במקומות שונים בארגז הכלים כדי לעזור למשתמשים להבין מדוע הם עלולים להיתקל בבעיות (למשל, מיקומי אלקטרודות שאינם נטענים בנתוני EEG, אורך הקובץ קצר מדי לחישוב מדד אמין של HRV בתדר אולטרה נמוך, איכות האות נמוכה מדי עבור כל ניתוח אמין וכו '). כל פונקציה מתועדת עבור משתמשים מתקדמים, וניתן לכוונן את הפרמטרים בקלות (פרמטרים מומלצים וטווחים אופייניים מתועדים בכתב יד זה ובקוד). משתמשים יכולים לגשת לעזרה לגבי אופן השימוש בפ.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
למחברים אין מה לחשוף.
תודות
המכון למדעי הנוטיקה תמך במחקר זה. אנו מודים למפתחי אלגוריתמי הקוד הפתוח המקוריים שהותאמו לפיתוח חלק מהאלגוריתמים של BrainBeats.
....הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| EEGLAB | מרכז שוורץ למדעי המוח החישוביים (SCCN) | חינמי/קוד פתוח | |
| MATLAB | The Mathworks, Inc. | דורש רישיון | |
| Windows PC | Lenovo, Inc. |
מקורות
- von Bertalanffy, L. General system theory Foundations, development, applications. , G. Braziller. (1968).
- Hodgkin, A. L., Huxley, A. F. A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve. J Physiol.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
