Summary
هذا البروتوكول يوفر مصدر مفتوح ، برنامج MATLAB المترجمة التي تولد الطيفية متعددة التفتق للبيانات الكهربية الدماغية.
Abstract
توفر موارد الويب الحالية أدوات محدوده وسهله الاستخدام لحساب الطيف الطيفي لتصور وقياس بيانات الدماغ الكهربي. تصف هذه الورقة رمز المصدر المفتوح المستند إلى Windows لإنشاء الطيف الطيفي متعدد التفتق لتخطيط الدماغ. البرنامج المترجمة متاح لمستخدمي Windows بدون ترخيص البرامج. بالنسبة لمستخدمي ماكنتوش ، يقتصر البرنامج علي الأشخاص الذين لديهم ترخيص برامج MATLAB. يتم توضيح البرنامج عن طريق الطيف الطيفي لتخطيط الدماغ الذي يختلف كداله لدول النوم واليقظة ، والتعديلات المستحثة بالمواد الافيونيه في تلك الولايات. تم تسجيل الاجهزه الكترونيه من الفئران C57BL/6J لاسلكيا لمده 4 ساعات بعد الحقن داخل المحلول الملحي (التحكم في المركبة) وجرعات المورفين المخدرة ، البوبرينورفين ، والشيفتشنكو. وأظهرت الطيفية ان البوبرينورفين والمورفين تسببا في تغييرات مماثله في طاقة الدماغ في 1 − 3 هرتز و 8 − 9 هرتز. الطيفية بعد أداره الفنتانيل كشفت القصوى متوسط نطاقات السلطة في 3 هرتز و 7 هرتز. الطيف الطيفي غير المقنع اثار المواد الافيونيه التفاضلية علي تردد الدماغ والسلطة. هذه الأساليب المستندة إلى الكمبيوتر قابله للتعميم عبر فئات المخدرات ويمكن تعديلها بسهوله لقياس وعرض مجموعه واسعه من الإشارات البيولوجية الايقاعيه.
Introduction
يمكن تحليل بيانات تخطيط الدماغ بشكل مثمر في مجال الترددات لتوصيف مستويات الاستثارة السلوكية والعصبية الفسيولوجية1. الطيفية المتعددة التفتق تحويل الموجي تخطيط الدماغ إلى مجالات الزمن والتردد ، مما ادي إلى التصور من قوه الاشاره الديناميكية في ترددات مختلفه عبر الزمن. ويستخدم الطيف الطيفي متعدد التفتق تحليل Fourier لإنتاج تقديرات الكثافة الطيفية. ويفصل تقدير الكثافة الطيفية الموجي في الموجات الحلقية النقية التي تتالف منها الاشاره ويماثل انكسار الضوء الأبيض من خلال المنشور لرؤية طيف كامل من ألوان2. الطيف الطيفي متعدد التفتق لتخطيط الدماغ يمثل النشاط المشترك لشبكات متعددة من الخلايا العصبية مع أنماط التفريغ التي تتارجح في ترددات مختلفه2. نظرا لتحول الوقت الثابتة ، ويعتبر تحويل Fourier أفضل التحول بين الوقت والتردد المجالات3. تحليل fourier لديه أيضا عدد من القيود. إشارات تخطيط الدماغ غير ثابته. لذلك ، قد لا يتم النظر إلى التغييرات الصغيرة ضمن أساليب Fourier وقد يتغير التحليل اعتمادا علي حجم مجموعه البيانات. ومع ذلك ، يتم استخدام الإطارات عند تطبيق تحويل Fourier إلى اشاره غير ثابته. وهذا يفترض ان طيف الاشاره يتغير بشكل هامشي فقط علي مدي فترات قصيرة من الزمن. طريقه بديله للتحليل الطيفي هي تحويل المويجات الذي قد يكون أكثر ملاءمة للكشف عن امراض المخ3.
من منظور وظيفي ، والتذبذبات المختلفة التي تتالف منها اشاره تخطيط الدماغ هي المستوي الأدنى ، سمه الأنماط الظاهرية سمه من المستوي الأعلى ، والأنماط الظاهرية الدولة مثل النوم واليقظة2، أو فقدان اليقظة الناجمة عن التخدير العام4،5،6. وفيما يتعلق بدول النوم واليقظة ، فان الطيف الطيفي يوضح بوضوح ان إيقاعات النوم المتولدة بشكل اندوجينوسلي مستمرة وديناميكية7. الأوصاف الكمية لدول النوم واليقظة وقد شملت تقليديا عمليه التسلق الذي يعين النوم أو الاستيقاظ تصنيف لكل حقبه محدده تحديدا (علي سبيل المثال ، 10 ق) من تسجيل تخطيط الدماغ. ثم يتم رسم صناديق الدولة هذه كداله للوقت. وتستخدم مخططات بيانات الدورات الزمنيه ، التي غالبا ما يشار اليها بالمنومات ، للتفريق بين النوم الطبيعي والنوم الذي يعطله المرض ، وأداره المخدرات ، والتغيرات في إيقاعات الساعة البيولوجية ، والعمل المتناوب ، الخ. ومن القيود المفروضة علي المؤامرات المنومة انها تشوه إشارات تخطيط الدماغ عن طريق التعبير عن حالات الاستثارة كاشكال موجية مربعه. ينطوي التامر بالتنويم المغناطيسي علي التقديرية للدول الاستثارة2 ولا يسمح عرض الحبيبات ناعما من المراحل المتوسطة أو الانتقالية. وعلاوة علي ذلك ، فان عشرات العهود المسجلة في 10 ليالي تنتج الوقت بفرض حد ادني علي المقياس الزمني. نتيجة التقديرية لكل من الدولة والوقت هو فقدان المعلومات الفسيولوجية العصبية فيما يتعلق بالتفاعل الديناميكي بين الدول من الوعي2 والمخدرات الناجمة عن تعطيل هذه الدول4. علي سبيل المثال ، تعمل عوامل التخدير المختلفة علي الأهداف الجزيئية المختلفة والشبكات العصبية. المعالجة الدوائية لهذه الشبكات العصبية تنتج بشكل موثوق الطيفية فريدة من نوعها للدواء, جرعه, ومسار الاداره4.
وقد وضع هذا البروتوكول لتيسير البحوث المتعلقة باليات التي المواد الافيونيه يغير النوم8، والتنفس9، إحساس10، والأعصاب الدماغ11. يصف هذا البروتوكول الخطوات المطلوبة لإنشاء مجموعه طيفيه متعددة المدبب لتحليلات تخطيط الدماغ التي يمكن إكمالها باستخدام البرمجيات الاحتكارية أو النظام الذي لا يملك ترخيص MATLAB. تم استخدام الفئران C57BL/6J (B6) للتحقق من قدره هذا الأسلوب القائم علي الكمبيوتر لإنشاء الطيف الطيفي لتخطيط الدماغ اثناء العادية ، والدول دون عائق من النوم واليقظة وبعد الاداره الجهازية من المواد الافيونيه. وأكدت موثوقيه وصحة التحاليل من خلال مقارنات منهجيه للاختلافات بين الطيف الطيفي لتخطيط الدماغ بعد ان تلقت الفئران B6 حقن داخل الصفاق من المحلول الملحي (التحكم في المركبات) وجرعات التطعيم من المورفين ، البوبرينورفين ، والشيفتشنكو.
الدراسات الكمية لديناميات التخطيط الدماغي للفئران حديثي الولادة لها اهميه انتقاليه من خلال توفير نموذج للدراسات التي تهدف إلى تحقيق فهم أفضل لتخطيط الدماغ البشري12الوليد. ان القياس الكمي لديناميكيات تخطيط الدماغ ليس وصفيا فحسب ويمكن ان يساهم في نهج التعلم الألى التي يمكن ان تتنبا بالاستثارة التي تستند جزئيا إلى بيانات تخطيط الدماغ13. والهدف من هذا التقرير هو تعزيز العلوم الانتقالية عن طريق توفير شفره سهله المنال وسهله الاستعمال لحوسبة الطيف الطيفي المتعدد التفتق الذي يميز التغيرات الناجمة عن المخدرات في تخطيط الدماغ بالماوس.
Protocol
وقد انضمت جميع الإجراءات المتعلقة بالفئران إلى دليل رعاية واستخدام المختبرات الحيوانية (الطبعة الثامنة ، مطبعة الأكاديميات الوطنية ، واشنطن العاصمة ، 2011) وتمت مراجعتها والموافقة عليها من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدام الماشية في جامعه تينيسي.
1. غرس أقطاب التسجيل وجمع البيانات الاوليه
- شراء الفئران والاحتفاظ بها في غرفه الرطوبة ودرجه الحرارة التي تسيطر عليها مع الوصول إلى الطعام والماء الإعلان حسب. السماح للفئران بالتكيف مع بيئتهم الجديدة لمده أسبوع واحد قبل الزرع الجراحي لأقطاب التسجيل. وقد وصفت إجراءات الغرس بالتفصيل1،14.
- تعقيم جميع المعدات الجراحية.
- تخدير الفئران مع ايزوفلونان في 2.5 ٪ − 3 ٪ تسليمها في 100 ٪ الأكسجين.
- بعد فقدان منعكس اليمين ، قم بازاله الماوس من غرفه الحث التخدير ونقله إلى الإطار الفراغي.
- تطبيق مرهم العيون علي كلا العينين.
- تقليل ايزوفلونان إلى 1.7 ٪ ، وتسليمها بشكل مستمر عن طريق قناع.
- اجراء شق في فروه الراس الخط الأوسط لفضح الجمجمة.
- حفر اثنين من الجمجمة فوق القشرة اليمني واليسرى (كل في الإحداثيات المجسمة الامامي = 1.0 والجانبي = 3.0 نسبه إلى bregma15).
- ادخل أقطاب الدماغ في كل بضع الجمجمة وأمن مع الأكريليك الأسنان.
- زرع أقطاب ثنائيه القطب في العضلة شبه المنحرفة الظهرية لتسجيل كهربية العضل (فريق الفريق البيئي).
ملاحظه: وقد أدت الأقطاب الكهربائية الاربعه إلى جلد لاسلكيه المزروعة فوق الربع السفلي للجسم الأيمن. ويمكن الاطلاع علي هذه التقنيات الجراحية هنا (https://www.datasci.com/services/dsi-surgical-services/surgical-videos). - بعد الجراحة ، وأداره كاربروفين مسكن ووضع الماوس في قفص الانتعاش الدافئ. مراقبه الماوس حتى انها الاسعافيه. بيت الفئران مزروعة بشكل فردي.
- عند التعافي الكامل من الجراحة ، يمكنك التعامل مع الفئران يوميا وتقييم جوده تسجيلات تخطيط الدماغ والفريق البيئي.
- تكوين نظام الحصول علي البيانات لتسجيل جميع الإشارات ± 1,000 mV.
- الحصول علي تسجيلات تخطيط الدماغ والفريق البيئي للمدة المطلوبة.
- يسجل كل 10 s بن لتخطيط الدماغ الرقمي والتسجيلات فريق التقييم البيئي كما اليقظة, حركه العين السريعة (REM) النوم, أو غير REM (NREM) النوم باستخدام برامج النوم التهديف.
ملاحظه: بين سلالات الماوس هناك النمط الجيني-والاختلافات الخاصة بالدولة في الطاقة الدماغية معبرا عنها كنسبه مئوية من مجموع الطاقة16. في الفئران B6 ، وتتميز الدول من اليقظة من قبل 75 − 100 mV ، والتردد المختلط تخطيط الدماغ ، وإشارات الفريق الذي يظهر لهجة العضلات البارزة مع زيادات كبيره في السعه اثناء الحركة. تتضمن معايير تسجيل النوم NREM انخفاضا في سعة فريق القياس البيئي بالنسبة إلى سعة اليقظة الخاصة بفريق الفريق البيئي. التخطيط الدماغي للنوم NREM لديه تردد إبطا وزيادة السعه (100 − 150 mV) مقارنه باليقظة. يتميز النوم REM بالعضلات ونى واشاره تخطيط الدماغ التي تشبه تخطيط الدماغ من اليقظة. - إرشاد شخصين ليسجل نفس السجل بشكل مستقل. يجب ان يكون شخص واحد علي الأقل اعمي لحاله العلاج. يجب ان تكون قيم الفهرس الأبجدي بين الهدافين النوم أكبر من 90%.
2-المرافق والمعدات
- تضخيم وترقيم إشارات التخطيط الدماغي والفريق البيئي باستخدام أدوات وبرمجيات الحصول علي البيانات.
ملاحظه: تستخدم مجموعه أدوات التحليل الطيفي كرولوكس التي تم تطويرها في مختبر ريترا في معمل كول سبرينغ هاربور للتعبير عن إشارات تخطيط الدماغ كقوة فيما يتعلق بمجالات الوقت والتردد.
3. حساب الطيف
- إذا كان مستخدم Windows ، استخدم البرنامج المترجمة.
- إذا كان مستخدم ماكنتوش ، تشغيل ملف التعليمات البرمجية الاوليه.
- الحصول علي بيانات التخطيط الكهربي الدماغي الخام وغير المجهزة اما بتنسيق الملف الخاص بالمنتدى أو CSV ووضعه في نفس الموقع مثل ملف البرنامج المترجمة.
- اسم ملفات البيانات باستخدام القيود التالية: يجب ان تتكون الأسماء من الأحرف أو الأرقام أو التسطير السفلي أو الشرطات فقط .
- اسم ملفات البيانات باستخدام القيود التالية: يجب الا تحتوي أسماء المستخدمين علي فترات أو فواصل أو مسافات أو إيه رموز أخرى.
- تحميل برنامج مولتيتفتق الطيفية المترجمة (https://drive.google.com/).
- إطلاق البرنامج الطيفي واتبع المطالبات المنبثقة. اختر نوع الملف: *. CSV أو *. EDF.
ملاحظه: توجد تفاصيل تثبيت البرامج الاضافيه في ملف readme.txt. - اكتب اسم ملف التخطيط الدماغي بالبالكامل (علي سبيل المثال ، 419eeg 419.
- حدد المعلمات لحساب الطيف الطيفي: افتراضي أو جديد. تتطلب هذه الخطوة أطول وقت المعالجة كما يتم حساب الطيف الطيفي. وتوفر الوظيفة الرياضية التي تعمل بالرياح (تفتق) تقديرات مستقله إحصائيا عن الطيف الأساسي. كلما طالت مده التسجيل ، ستستغرق هذه الخطوة وقتا أطول. علي منصة PC تشغيل Windows 10 وهذا يتطلب حد اقصي من 3 − 4 دقيقه للتسجيل 4 ح.
- استخدم المعلمات الطيفية الافتراضية التالية:
تردد أخذ العينات = 500 هرتز. يمثل هذا عدد العينات في الثانية.
fpass = 0.3 هرتز و 30 هرتز. Fpass يعرف ترددات الإدخال ويتحكم في نطاق الترددات المتوفرة في الإخراج.
الحشو = 2. الحشو يعمل علي محرف ناعما الإخراج دون التاثير علي حساب النتيجة بأي شكل من الاشكال. وقد يساعد ذلك في التصور والتحديد الدقيق للخطوط الطيفية. الحقل هو اي عدد صحيح من-1 والأعلى.
الوقت-عرض النطاق الترددي المنتج (NW) = 15. المنتج من اشاره المدة الزمنيه والعرض الطيفي.
عدد من التناقص = 29. عند اختيار عدد من الtapers ، فمن الضروري استخدام 2NW-1. لا يوجد حد لعدد الاشرطه المستخدمة. والمزيد من التناقص المستخدمة سيؤدي إلى ادراج تناقص مع ضعف التركيز في عرض النطاق الترددي المحدد.
معدل المحاكمة = 1. تتحكم هذه المعلمة في ما إذا كان يتم تنفيذ متوسط التجربة أو القناة ام لا. إذا تم تعيين هذه المعلمة إلى 0 ، لا يوجد متوسط القناة ستقوم الدالة بإخراج نتائج مستقله لكل تجربه أو قناه تم تمريرها كبيانات إدخال. ومع ذلك ، إذا تم تعيين متوسط المحاكمة إلى 1 ، يتم حساب الناتج نتائج للمستخدم علي التجارب أو القناات.
الوقت لحساب الفت ~ 30 ق. تستخدم لمتابعه تطور الطيف من خلال حساب الطيف علي العديد من النوافذ الصغيرة.
خطوه حجم النافذة ل [فت] حساب = 5. المبلغ الذي تقدمه نافذه الوقت المنزلقة بعد تنفيذ كل حساب الطيف.
ملاحظه: يمكن تغيير المعلمات الطيفية الافتراضية المذكورة في 3.7.1 الخطوة حسب الحاجة.
- استخدم المعلمات الطيفية الافتراضية التالية:
- ادخل العناوين لكل من الطيف الطيفي وتخطيط الدماغ.
- حفظ الطيف الناتج وتخطيط الدماغ.
- حفظ الأرقام بالنقر علي الملف | حفظ في اطار الشكل.
ملاحظه: ستوفر الأرقام لمستخدمي البرامج ملخصات يمكن تطويرها في شكل أرقام ذات جوده النشر.
- حفظ الأرقام بالنقر علي الملف | حفظ في اطار الشكل.
4. استكشاف الأخطاء وإصلاحها
- تحميل عينه الماوس النوم البيانات الدماغ لحساب الطيف الطيفي عينه.
- تشغيل البرنامج مع نموذج البيانات للتاكد من ان المستخدم بشكل صحيح باستخدام البرنامج. ابحث عن الأرقام الخاصة بنموذج البيانات في الملحق للتاكد من دقه الأرقام التي تم إنشاؤها من نموذج البيانات.
ملاحظه: وقد تم توفير جميع المعدات والمواد المستخدمة في جدول المواد.
Representative Results
توضح الأرقام التالية نوع الرؤى الجديدة في مؤشرات تخطيط الدماغ لاستثاره المخ التي تقدمها الطيف الطيفي.
ويوضح الشكل 1الف أوجه التشابه والاختلاف في تخطيط الدماغ القشري اثناء اليقظة ، والنوم nrem ، والنوم REM. ويستخدم العديد من المحققين هذه الأنواع من الآثار ، إلى جانب تسجيلات فريق الفريق البيئي (غير المعروضة) ، لتحديد حجم النوم واليقظة. الشكل 1ب يستخدم مؤامرة المنومة لنقل التنظيم الزمني للدول النوم واليقظة علي أساس تقييمات التخطيط الدماغي والتسجيلات البيئية. وسجلت الدول في العهود 10 s وتم رسم هذه العهود كما المنوم خلال 14,400 s تتالف من التسجيل 4 ح. لا توضح مؤامرات التنويم المغناطيسي حقيقة ان التحولات بين الدول مستمرة وغير خطيه. وعلي النقيض من مؤامرة التنويم المغناطيسي ، فان الطيف الطيفي (الشكل 1ج) يوضح التغيرات الديناميكية العالية في تردد الدماغ وقوته كداله للوقت. الطيف يسلط الضوء أيضا علي أوجه التشابه بين اشاره الدماغ القشرية اثناء اليقظة واثناء النوم REM. المربعات الثلاثة التي تم فرضها علي الطيف الطيفي (الشكل 1ج) حددت الدول علامة اليقظة (الاستيقاظ) ، والنوم nrem ، والنوم REM في التنويم المغناطيسي أعلاه (الشكل 1ب) ويتم توفيرها للمساعدة في تصور التغيرات التفصيلية في تردد الدماغ والسلطة. الطيف الطيفي للتسجيل بأكمله يوفر تقديرا دقيقا لتخطيط الدماغ كعمليه مستمرة.
ويقدم الشكل 2 أربعه أطياف متعددة التفتق ، يلخص كل منها 4 ساعات من تسجيلات تخطيط الدماغ بعد أداره المحلول الملحي ، والمورفين ، وبوبرينورفين ، والشيفتشنكو. جميع التسجيلات الاربعه هي من نفس الماوس وبدات 2 ح بعد بداية الضوء. المواد الافيونيه ، ولكن ليس المالحة ، وتحول دون NREM والنوم REM ، وزيادة كميه اليقظة. وتصور عدد من الميزات الجديدة من قبل الطيف الطيفي. الكشف عن ملامح الدماغ الجديدة يوحي التطبيق المحتمل للتمييز الافيونيه في بيئة التهديد الكيميائية. بعد الحقن الملحي (الشكل 2ا) ، كانت أكبر كميه من الطاقة في النطاق الذي يتراوح بين 2 − 4 هرتز ، مما يشير إلى نوم nrem. لاحظ انه تم تغيير الطيف الطيفي لتخطيط الدماغ بشكل أساسي من قبل أداره المواد الافيونيه ، وان كل الافيونيات تسبب تغيرات طيفيه فريدة.
ويبين الشكل 3 ان تغييرات تخطيط الدماغ التي توضحها الطيف الطيفي يمكن تحديدها كميا والتعبير عنها باعتبارها القوه الطيفية المهيمنة لكل نصف تردد (الشكل 3ا) وبوصفها متوسط القدرة الطيفية داخل نطاقات ترددات محدده لتخطيط الدماغ (الشكل 3ب). كانت أكبر الاختلافات من المحلول الملحي بسبب البوبرينورفين ووقعت في الدلتا ونطاقات ثيتا.
الشكل 1: تسجيلات الدماغ القشرية المستخدمة لصنع المنومات والطيف الطيفي. (ا) الاشكال الموجيةلتخطيطالدماغ المسجلة اثناء اليقظة ، والنوم nrem ، والنوم REM اثناء التسجيل الأساسي (بدون حقن). يظهر كل تتبع 90 s من التسجيل. (ب) يستخدم التنويم المغناطيسي ارتفاع القضبان لنقل حاله الوعي (الإحداثيات) مقابل 4 ساعات من التسجيل (احداثي). (ج) الطيف الطيفي المدبب باستخدام شريط ألوان لنقل طاقة الدماغ بالديسيبل (dB ، الإحداثي الصحيح) أو كثافة القدرة الطيفية عند ترددات مختلفه لتخطيط الدماغ في هيرتز (هرتز ، اليسار الإحداثي) كداله لمده التسجيل 4 ساعات (احداثي). وقد أضيفت خطوط عموديه سوداء إلى الطيف لتحديد حلقه واحده كل من اليقظة ، NREM النوم ، والنوم REM. (الطيفية المعلمات: تردد أخذ العينات = 500 هرتز ، fpass = 0.3 هرتز و 30 هرتز ، الحشو = 2 ، الوقت-عرض النطاق الترددي = 15 ، وعدد من تناقص 29 ، متوسط المحاكمة = 1 ، ومده الوقت لحساب الفت ~ 30 ثانيه ، وحجم الخطوة من نافذه لحساب الفت = 5). يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: الطيف الطيفي الذي يوضح التغيرات في طاقة الدماغ وتواتره بسبب أداره المواد الافيونيه. كل المخططات الطيفية المؤامرات تردد الدماغ في هرتز (هرتز ، اليسار الإحداثيات) و ديسيبل (dB) من قوه تخطيط الدماغ باستخدام شريط اللون (الحق الإحداثيات) ل 4 h (احداثي) بعد أداره (ا) المالحة ، (ب) المورفين ، (ج) البوبرينورفين ، و (د) الفنتانيل. (الطيفية المعلمات: تردد أخذ العينات = 500 هرتز ، fpass = 0.3 هرتز و 30 هرتز ، الحشو = 2 ، الوقت-عرض النطاق الترددي = 15 ، وعدد من تناقص 29 ، متوسط المحاكمة = 1 ، والوقت لحساب الفت ~ 30 ثانيه ، وحجم الخطوة من نافذه لحساب الفت = 5). يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: غيرت المواد الافيونيه بصوره مختلفه متوسط طاقة الدماغ داخل نطاقات ترددات الدلتا والتخطيط الكهربي الدماغي ثيتا. (ا) يلخص متوسط طاقة الدماغ خلال كل تسجيل 4 ساعات مبين في الشكل 2. تنسيق المؤامرات متوسط طاقة الدماغ في كل تردد نصف (احداثي). النسبة للسيطرة علي الملوحة ، تظهر كل وظيفة من الوظائف الثلاث الأخرى تعديلات خاصه بالأفيون في متوسط طاقة الدماغ. (ب) يوضح متوسط طاقة الدماغ في أربعه نطاقات تردد الدماغ (دلتا ، ثيتا ، الفا ، وبيتا) بعد أداره المحلول الملحي (المالح) ، البوبرينورفين (ب) ، المورفين (م) ، الفنتانيل (F). الترميز اللوني هو نفسه لوظائف الطاقة في نطاقات الطاقة A و متوسط في B. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
Discussion
تم تطوير البرنامج الموصوف هنا لإنشاء طيف باستخدام الخطوات التسع الموضحة في القسم 3 من البروتوكول ، حساب الطيف الطيفي. وتشمل هذه الخطوات الحصول علي برنامج الطيف ، وضمان تنسيق الملف الصحيح ، وتغيير المعلمات الحسابية لتوليد الطيف الطيفي للمستخدم فريدة من نوعها. يمكن للمستخدمين إنشاء الطيف الطيفي التي تم تصميمها لمجموعه من الاسئله المفاهيمية والتصاميم التجريبية. من أجل تعزيز سهوله وكفاءه هذه العملية التنموية ، من الضروري توفير بيانات التخطيط الكهربي الدماغي الخام في تنسيق الملف الصحيح ، المسمي وفقا للقيود المذكورة أعلاه. علي الرغم من انه تم توفير إشارات علي سبيل المثال لبيانات تخطيط الدماغ بالماوس ، فان برنامج الطيف الطيفي ينطبق بسهوله علي بيانات التخطيط الكهربي الدماغي البشرية وغير البشرية الخالية من قيود معالجه الإشارات.
النهج الموصي به لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها وتعديل الأسلوب هو البدء بتحليل مجموعه بيانات صغيره. وتشمل المخرجات الرئيسية للبرنامج النظر في قطع الدماغ المصفاة وكذلك الطيف الطيفي. وهناك جانب جذاب من الطيف الطيفي المدبب هو انه يمكن تطبيقه علي مجموعه واسعه من الإشارات البيولوجية الدورية. نطاقات متنوعة من الساعة البيولوجية طويلة المدة (24 ح) إيقاعات17 إلى إيقاعات سريعة جدا مثل معدلات التفريغ 1,000 هرتز من خليه renshaw18.
تنسيق البيانات هو قيد لهذا البروتوكول الطيفي. ويستخدم شكل البيانات الاوروبيه علي نطاق واسع مع بيانات تخطيط الدماغ. ومع ذلك ، هناك العديد من خيارات التنسيق الأخرى. لهذا السبب ، تم تضمين ملف التعليمات البرمجية الخام (انظر 3.2 أعلاه) في حاله المستخدم ترغب في تغيير تنسيق الملف. وفيما يتعلق بملف البرنامج الخام ، هناك قيد آخر هو الحاجة إلى الخبرة مع لغة برمجه الكمبيوتر من أجل تغيير تنسيق الملف. ليس كل المحققين الوصول إلى البرمجيات الملكية ومجموعه كامله من المكونات الاضافيه. تم تطوير هذا البروتوكول للالتفاف حول هذه المشكلة عن طريق توفير برنامج المترجمة التي يتم تشغيلها علي جهاز يستند إلى WINDOWS بدون ترخيص البرامج. ويتحقق ذلك من خلال البرنامج المساعد وقت التشغيل الذي يتم تضمينه في البرامج المترجمة ولا يتطلب اي تسجيل البرامج من قبل المستخدم.
يعد هذا الروتين الطيفي لتخطيط الدماغ برنامجا مبتكرا ومفتوح المصدر وقائما علي الكمبيوتر يسمح للمستخدمين بإنشاء طيفات طيفيه شخصيه ومتعددة التفتق من مجموعه واسعه من البيانات. المستخدم لديه السيطرة الكاملة علي جميع الجوانب الحسابية للجيل الطيفي. دون معالجه الإشارات السابقة والمعرفة برمجه الكمبيوتر ، يمكن ان يكون من الصعب توليد الطيف. سيسهل البروتوكول الموصوف هنا توليد الطيف الطيفي. يرجى الاطلاع علي قسم المواد التكميلية لمزيد من قراءات معالجه الإشارات والتوجيه الطيفي متعدد التفتق.
المواد التكميلية
http://chronux.org
http://www-users.med.cornell.edu/~jdvicto/pdfs/pubo08.pdf
http://www.fieldtriptoolbox.org/tutorial/timefrequencyanalysis/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4502759/#SD3 البيانات
Disclosures
ولا يوجد تضارب في المصالح بين أصحاب البلاغ.
Acknowledgments
ويدعم هذا العمل جزئيا منحه المعاهد القومية للصحة HL-65272. ويشكر المؤلفان زاري ت. غلوفاك وكلارنس e. Locklear علي مساهماتهما في هذا المشروع.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Dental acrylic | Lang Dental Manufacturing Co | Jet powder and liquid | |
| EEG/EMG Amplifier | Data Science International | model MX2 | |
| macOS Mojave | Apple | v10.14.4 | |
| MATLAB | Mathworks | v9.4.0.813654 | software for spectrogram comp. |
| Mouse anesthesia mask | David Kopf Instruments | model 907 | |
| Neuroscore | Data Science International | v3.3.9317-1 | software for scoring sleep and wakefulness |
| Ponemah | Data Science International | v5.32 | software for EEG/EMG Data Acquisition |
| Stereotaxic frame | David Kopf Instruments | model 962 | |
| Stereotaxic frame, mouse adapter | David Kopf Instruments | model 921 | |
| Windows 10 | Microsoft | v10.0.17763.503 | |
| Wireless Telemeter | Data Science International | model HD-X02 |
References
- Wasilczuk, A. Z., Proekt, A., Kelz, M. B., McKinstry-Wu, A. R. High-density electroencephalographic acquisition in a rodent model using low-cost and open source resources. Journal of Visualized Experiments. 117, 10 (2016).
- Prerau, M. J., Brown, R. E., Bianchi, M. T., Ellenbogen, J. M., Purdon, P. L. Sleep neurophysiological dynamics through the lens of multitaper spectral analysis. Physiology. 32, 60-92 (2017).
- Akin, M. Comparison of wavelet transform and FFT methods in the analysis of EEG signals. Journal of Medical Systems. 26 (3), 241-247 (2002).
- Purdon, P. L., Sampson, A., Pavone, A., Brown, E. N. Clinical electroencephalography for anesthesiologists Part 1: Background and basic signatures. Anesthesiology. 123 (4), 937-960 (2015).
- Liu, Q., et al. Frontal EEG temporal and spectral dynamics similarity analysis between propofol and desflurane induced anesthesia using Hilbert-Huang Transform. BioMed Research International. 2018, 4939480 (2018).
- Akeju, O., et al. Spatiotemporal dynamics of dexmedetomidine-induced electroencephalogram oscillations. PLoS One. 11 (10), (2016).
- Ogilvie, R. D. The process of falling asleep. Sleep Medicine Reviews. 5 (3), 247-270 (2001).
- Baghdoyan, H. A., Lydic, R. Basic Neurochemistry. Brady, S. T., Albers, R. W., Price, D. L., Siegel, G. J. , Elsevier. 982-999 (2012).
- Angel, C., et al. Buprenorphine depresses respiratory variablity in obese mice with altered leptin signaling. Anesthesiology. 128 (5), 984-991 (2018).
- Glovak, Z. T., Mihalko, S., Baghdoyan, H. A., Lydic, R. Leptin status alters buprenorphine-induced antinociception in obese mice with dysfunctional leptin receptors. Neuroscience Letters. 660, 29-33 (2017).
- Zhang, X., et al. Morphine and fentanyl delivered to prefrontal cortex of behaving mice depress breathing and alter neurotransmitter concentrations. Anesthesia & Analgesia. , In Press (2019).
- Cornelissen, L., Kim, S. E., Purdon, P. L., Brown, E. N., Berde, C. B. Age-dependent electroencephalogram (EEG) patterns during sevoflurane general anesthesia in infants. eLIFE. 4, e06513 (2015).
- Chini, M., et al. Neural correlates of anesthesia in newborn mice and humans. Front Neural Circuits. 13 (Article 38), 1-13 (2019).
- Flint, R. R., Chang, T., Lydic, R., Baghdoyan, H. A. GABA-A receptors in the pontine reticular formation of C57BL/6J mouse modulate neurochemical, electrographic, and behavioral phenotypes of wakefulness. Journal of Neuroscience. 30 (37), 12301-12309 (2010).
- Paxinos, G., Franklin, K. B. J. The Mouse Brain in Stereotaxic Coordinates. , 4th edn, Academic Press. (2018).
- Franken, P., Malafosse, A., Tafti, M. Genetic variation in EEG activity during sleep in inbred mice. American Journal of Physiology. 257 (4), (1998).
- Ko, C. H., et al. Emergence of noise-induced oscillations in the central circadian pacemaker. PLoS Biol. 8 (10), e1000513 (2010).
- Steriade, M., Curró Dossi, R., Conteras, D. Electrophysiological properties of intralaminar thalamocortical cells discharging rhythmic (40 Hz) spike-bursts at 1000 Hz during waking and rapid eye movement sleep. Neuroscience. 56, 1-9 (1993).
