Summary
यह प्रोटोकॉल एक खुला स्रोत, संकलित मैटलैब प्रोग्राम प्रदान करता है जो इलेक्ट्रोएन्सेफेलोग्राफिक डेटा के लिए मल्टीटैपर स्पेक्ट्रोग्राम उत्पन्न करता है।
Abstract
वर्तमान वेब संसाधन इलेक्ट्रोएंसेफेलोग्राफिक (ईईजी) डेटा की कल्पना और मात्रा निर्धारित करने के लिए स्पेक्ट्रोग्राम की गणना करने के लिए सीमित, उपयोगकर्ता अनुकूल उपकरण प्रदान करते हैं। यह पेपर ईईजी मल्टीटैपर स्पेक्ट्रोग्राम बनाने के लिए विंडोज-आधारित, ओपन सोर्स कोड का वर्णन करता है। संकलित कार्यक्रम सॉफ्टवेयर लाइसेंसिंग के बिना विंडोज उपयोगकर्ताओं के लिए सुलभ है। मैकिंटोश उपयोगकर्ताओं के लिए, कार्यक्रम मैटलैब सॉफ्टवेयर लाइसेंस वाले लोगों तक सीमित है। कार्यक्रम ईईजी स्पेक्ट्रोग्राम के माध्यम से सचित्र है जो नींद और जागना के राज्यों के एक समारोह के रूप में भिन्न होता है, और उन राज्यों में नशा-प्रेरित परिवर्तन। C57BL/6J चूहों के EEGs वायरलेस 4 घंटे के लिए खारा (वाहन नियंत्रण) और अफ़ीम, buprenorphine, और fentanyl के एंटीनोसेप्टिव खुराक के इंट्रापेरिटोनियल इंजेक्शन के बाद 4 घंटे के लिए दर्ज किए गए थे । स्पेक्ट्रोग्राम से पता चला कि बुप्रेनोरफिन और मॉर्फिन के कारण ईईजी पावर में 1−3 हर्ट्ज और 8−9 हर्ट्ज में इसी तरह के बदलाव हुए। फेन्टनाइल के प्रशासन के बाद स्पेक्ट्रोग्राम ने 3 हर्ट्ज और 7 हर्ट्ज पर अधिकतम औसत पावर बैंड का खुलासा किया। ईईजी आवृत्ति और शक्ति पर स्पेक्ट्रोग्राम बेपर्दा अंतर नशा प्रभाव। ये कंप्यूटर-आधारित विधियां दवा कक्षाओं में सामान्यीकृत हैं और लयबद्ध जैविक संकेतों की एक विस्तृत श्रृंखला को निर्धारित करने और प्रदर्शित करने के लिए आसानी से संशोधित की जा सकती हैं।
Introduction
ईईजी डेटा का उत्पादक रूप से आवृत्ति डोमेन में विश्लेषण किया जा सकता है ताकि व्यवहार और न्यूरोफिजियोलॉजिकल उत्तेजना1के स्तर की विशेषता हो सके। मल्टीटैपर स्पेक्ट्रोग्राम ईईजी वेवफॉर्म को समय और आवृत्ति डोमेन में बदल देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप समय भर में विभिन्न आवृत्तियों पर गतिशील सिग्नल पावर का दृश्य होता है। मल्टीटैपर स्पेक्ट्रोग्राम स्पेक्ट्रल घनत्व अनुमानों का उत्पादन करने के लिए फोरियर विश्लेषण का उपयोग करता है। स्पेक्ट्रल घनत्व अनुमान शुद्ध सिनुसोइडल तरंगों में तरंग को अलग करता है जिसमें संकेत शामिल होते हैं औररंगों केपूरे स्पेक्ट्रम को देखने के लिए चश्मे के माध्यम से सफेद प्रकाश के विवर्तन के अनुरूप होता है । ईईजी का मल्टीटापर स्पेक्ट्रोग्राम न्यूरॉन्स के कई नेटवर्कों की संयुक्त गतिविधि का प्रतिनिधित्व करता है जिसमें डिस्चार्ज पैटर्न होते हैं जो विभिन्न आवृत्तियों2पर दोलन करते हैं। अपने समय बदलाव इनवेरिएंट के कारण, फोरियर ट्रांसफॉर्म को समय और आवृत्ति डोमेन3के बीच सबसे अच्छा परिवर्तन माना जाता है। फोरियर विश्लेषण की भी कई सीमाएं हैं। ईईजी सिग्नल गैरस्थिर हैं। इसलिए, छोटे परिवर्तनों को फोरियर विधियों के तहत नहीं माना जा सकता है और डेटा सेट के आकार के आधार पर विश्लेषण बदल सकता है। हालांकि, एक गैरस्थ्य संकेत में फोरियर ट्रांसफॉर्म लागू करते समय खिड़की का उपयोग किया जाता है। यह मानता है कि संकेत के स्पेक्ट्रम समय की कम अवधि में केवल मामूली परिवर्तन । स्पेक्ट्रल विश्लेषण के लिए एक वैकल्पिक विधि वेवलेट ट्रांसफॉर्म है जो मस्तिष्क रोग3का पता लगाने के लिए अधिक उपयुक्त हो सकती है ।
कार्यात्मक परिप्रेक्ष्य से, ईईजी सिग्नल वाले विभिन्न दोलन निम्न स्तर, उच्च स्तर की विशेषता फेनोटाइप विशेषता, नींद और जागना2जैसे राज्य फेनोटाइप, या सामान्य एनेस्थेटिक्स4,5,6के कारण जागने की हानि हैं। नींद और जागना के राज्यों के बारे में, स्पेक्ट्रोग्राम स्पष्ट रूप से दिखाता है कि नींद की अंतर्जात उत्पन्न लय निरंतर और गतिशील7हैं। नींद और जागना के राज्यों के मात्रात्मक विवरणों में पारंपरिक रूप से एक बिनिंग प्रक्रिया शामिल है जो ईईजी रिकॉर्डिंग के प्रत्येक विशेष रूप से परिभाषित युग (जैसे, 10 एस) को नींद या जागो वर्गीकरण प्रदान करती है। इन राज्य डिब्बे तो समय के एक समारोह के रूप में साजिश रची जाती है । टाइम कोर्स डेटा प्लॉट, जिसे अक्सर सम्मोहन के रूप में जाना जाता है, का उपयोग नींद से सामान्य नींद में अंतर करने के लिए किया जाता है जो रोग, दवा प्रशासन, सर्कैडियन लय में परिवर्तन, शिफ्ट काम आदि से बाधित होता है। सम्मोहन भूखंडों की एक सीमा यह है कि वे वर्ग तरंग रूपों के रूप में उत्तेजना राज्यों को व्यक्त करके ईईजी संकेतों को गलत ढंग से प्रस्तुत करते हैं। सम्मोहन की साजिश रचने में उत्तेजना वाले राज्यों2 का एक विभेदन शामिल है और मध्यवर्ती या संक्रमण चरणों के पतले दानेदार प्रदर्शन की अनुमति नहीं देता है। इसके अलावा, 10 स्कोरिंग युग समय पैमाने पर एक कम सीमा लगाकर समय की एक विभेदन का उत्पादन । राज्य और समय दोनों के विभेदन का परिणाम चेतना2 राज्यों और इन राज्यों के दवा-प्रेरित व्यवधान के बीच गतिशील परस्पर क्रिया के बारे में न्यूरोफिजियोलॉजिकल जानकारी का नुकसानहै। उदाहरण के लिए, विभिन्न संवेदनाकारक एजेंट विभिन्न आणविक लक्ष्यों और तंत्रिका नेटवर्क पर कार्य करते हैं। इन तंत्रिका नेटवर्क के औषधीय हेरफेर मज़बूती से दवा, खुराक, और प्रशासन4के मार्ग के लिए अद्वितीय स्पेक्ट्रोग्राम पैदा करता है ।
वर्तमान प्रोटोकॉल उन तंत्रों के बारे में अनुसंधान को सुगम बनाने के लिए विकसित किया गया था जिनके द्वारा ओपिओइड नींद8, श्वास9, निशाचर10 और मस्तिष्क न्यूरोकेमिस्ट्री11को बदल देते हैं । यह प्रोटोकॉल ईईजी विश्लेषणों के लिए एक बहुआयामी स्पेक्ट्रोग्राम बनाने के लिए आवश्यक चरणों का वर्णन करता है जिसे मालिकाना सॉफ्टवेयर या एक प्रणाली का उपयोग करके पूरा किया जा सकता है जिसमें MATLAB लाइसेंसिंग नहीं है। C57BL/6J (B6) चूहों का उपयोग सामान्य, नींद और जागना के अबाधित राज्यों के दौरान और ओपियेट्स के प्रणालीगत प्रशासन के बाद उपन्यास ईईजी स्पेक्ट्रोग्राम बनाने के लिए इस कंप्यूटर आधारित विधि की क्षमता को मान्य करने के लिए किया गया था । बी 6 चूहों को खारा (वाहन नियंत्रण) के इंट्रापेरिटोनियल इंजेक्शन और मॉर्फिन, बुप्रेनोर्फिन और फेन्टनाइल की एंटीनोसेप्टिव खुराक प्राप्त करने के बाद ईईजी स्पेक्ट्रोग्राम के बीच मतभेदों की व्यवस्थित तुलना द्वारा विश्लेषणों की विश्वसनीयता और वैधता की पुष्टि की गई थी।
नवजात माउस ईईजी गतिशीलता के मात्रात्मक अध्ययनों में नवजात मानव ईईजी12की बेहतर समझ प्राप्त करने के उद्देश्य से अध्ययन के लिए एक मॉडल प्रदान करके अनुवादीय प्रासंगिकता है। ईईजी गतिशीलता का परिमाणीकरण केवल वर्णनात्मक नहीं है और मशीन लर्निंग दृष्टिकोणों में योगदान दे सकता है जो ईईजी डेटा13के हिस्से में आधारित उत्तेजना की भविष्यवाणी कर सकते हैं। वर्तमान रिपोर्ट का लक्ष्य माउस ईईजी में दवा प्रेरित परिवर्तनों की विशेषता वाले मल्टीटापर स्पेक्ट्रोग्राम की गणना के लिए व्यापक रूप से सुलभ, उपयोगकर्ता अनुकूल कोड प्रदान करके ट्रांसलेशनल विज्ञान को बढ़ावा देना है।
Protocol
चूहों से जुड़ी सभी प्रक्रियाओं ने प्रयोगशाला जानवरों की देखभाल और उपयोग के लिए गाइड का पालन किया (8संस्करण, राष्ट्रीय अकादमियों प्रेस, वाशिंगटन डीसी, २०११) और टेनेसी संस्थागत पशु देखभाल और उपयोग समिति के विश्वविद्यालय द्वारा समीक्षा और अनुमोदित किया गया ।
1. रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड और प्रारंभिक डेटा संग्रह का प्रत्यारोपण
- चूहों को खरीदें और उन्हें भोजन और पानी तक विज्ञापन लिमिटम एक्सेस के साथ आर्द्रता और तापमान नियंत्रित कमरे में रखें। चूहों को रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड के सर्जिकल प्रत्यारोपण से पहले एक सप्ताह के लिए अपने नए वातावरण के अनुकूल होने की अनुमति दें। प्रत्यारोपण प्रक्रिया का विस्तार से वर्णन किया गया है1,14.
- सभी सर्जिकल उपकरणों को स्टरलाइज करें।
- आइसोफ्लोरीन के साथ चूहों को 100% ऑक्सीजन में वितरित 2.5% − 3% पर एनेस्थेटाइज़ करें।
- दक्षिणपंथी पलटा के नुकसान के बाद, संज्ञाहरण प्रेरण कक्ष से माउस को हटा दें और इसे स्टीरियोटैक्सिक फ्रेम में स्थानांतरित करें।
- दोनों आंखों पर नेत्र मलम लगाएं।
- आइसोफ्लोरीन को 1.7% तक कम करें, लगातार मास्क के माध्यम से वितरित किए जाते हैं।
- खोपड़ी को बेनकाब करने के लिए एक मिडलाइन खोपड़ी चीरा बनाओ।
- बाएं और दाएं कॉर्टेक्स के ऊपर दो क्रैनिटॉमी ड्रिल करें (स्टीरियोटैक्सिक में प्रत्येक पूर्वकाल = 1.0 और पार्श्व = 3.0 ब्रेग्मा15के सापेक्ष) का समन्वय करता है।
- प्रत्येक क्रैनिओटॉमी में ईईजी इलेक्ट्रोड डालें और दंत ऐक्रेलिक के साथ सुरक्षित करें।
- इलेक्ट्रोमायोग्राम (ईएमजी) रिकॉर्ड करने के लिए पृष्ठीय ट्रमजियस मांसपेशी में द्विध्रुवी इलेक्ट्रोड प्रत्यारोपित करें।
नोट: चार इलेक्ट्रोड एक वायरलेस टेलीमीटर निचले दाहिने शरीर चतुर्भुज के ऊपर चमड़े के नीचे प्रत्यारोपित करने के लिए नेतृत्व कर रहे हैं । इन सर्जिकल तकनीकों को यहां (https://www.datasci.com/services/dsi-surgical-services/surgical-videos) देखा जा सकता है। - सर्जरी के बाद, एनाल्जेसिक कार्प्रोफेन का प्रशासन करें और माउस को गर्म रिकवरी पिंजरे में रखें। माउस का निरीक्षण तब तक करें जब तक कि यह आंचल न हो जाए। घर ने चूहों को व्यक्तिगत रूप से प्रत्यारोपित किया।
- सर्जरी से पूर्ण वसूली पर, चूहों को दैनिक संभालें और ईईजी और ईएमजी रिकॉर्डिंग की गुणवत्ता का मूल्यांकन करें।
- सभी संकेतों ± 1,000 एमवी रिकॉर्ड करने के लिए डेटा अधिग्रहण प्रणाली को कॉन्फ़िगर करें।
- आवश्यक अवधि के लिए ईईजी और ईएमजी रिकॉर्डिंग प्राप्त करें।
- जगाने के रूप में डिजिटल ईईजी और ईएमजी रिकॉर्डिंग के प्रत्येक 10 एस बिन स्कोर, रैपिड आई मूवमेंट (आरईएम) नींद, या गैर-रेम (एनआरईएम) स्लीप स्कोरिंग सॉफ्टवेयर का उपयोग करके नींद।
नोट: माउस उपभेदों में ईईजी शक्ति में जीनोटाइप और राज्य-विशिष्ट अंतर हैं जो कुल शक्ति16के प्रतिशत के रूप में व्यक्त किए गए हैं। B6 चूहों में, जागने की राज्यों को 75−100 एमवी, मिश्रित आवृत्ति ईईजी, और ईएमजी संकेतों द्वारा आंदोलन के दौरान आयाम में बड़ी वृद्धि के साथ प्रमुख मांसपेशियों के स्वर को दिखाते हैं। एनआरईएम नींद स्कोरिंग के लिए मानदंड जागना के EMG आयाम के सापेक्ष EMG आयाम में कमी शामिल हैं । एनआरईएम स्लीप ईईजी में जागने की तुलना में धीमी आवृत्ति और बढ़ी हुई आयाम (100−150 एमवी) है। रेम स्लीप को मांसपेशियों के एटोनिया और ईईजी सिग्नल की विशेषता है जो जागने की ईईजी के समान है। - स्वतंत्र रूप से एक ही रिकॉर्ड स्कोर करने के लिए दो व्यक्तियों को निर्देश देते हैं। कम से कम एक व्यक्ति को उपचार की स्थिति से अंधा होना चाहिए। दो स्लीप स्कोरर के बीच कॉनकॉर्ड वैल्यू९०% से अधिक होनी चाहिए ।
2. सुविधाएं और उपकरण
- डेटा अधिग्रहण इंस्ट्रूमेंटेशन और सॉफ्टवेयर का उपयोग करके अनफ़िल्टर्ड ईईजी और ईएमजी संकेतों को बढ़ाना और डिजिटाइज़ करना।
नोट: कोल्ड स्प्रिंग हार्बर प्रयोगशाला में मित्र प्रयोगशाला में विकसित क्रोनक्स स्पेक्ट्रल एनालिसिस टूलबॉक्स का उपयोग समय और आवृत्ति डोमेन के संबंध में ईईजी संकेतों को शक्ति के रूप में व्यक्त करने के लिए किया जाता है।
3. स्पेक्ट्रोग्राम कंप्यूटेशन
- यदि कोई विंडोज उपयोगकर्ता है, तो संकलित कार्यक्रम का उपयोग करें।
- यदि कोई मैकिंटोश उपयोगकर्ता है, तो रॉ कोड फ़ाइल चलाएं।
- या तो EDF या CSV फ़ाइल प्रारूप में कच्चे, असंसाधित ईईजी डेटा प्राप्त करें और इसे संकलित कार्यक्रम फ़ाइल के समान स्थान पर रखें।
- निम्नलिखित बाधाओं का उपयोग करके डेटा फ़ाइलों का नाम दें: नामों में केवल पत्र, संख्या, रेखांकित या डैश शामिल होंगे।
- निम्नलिखित बाधाओं का उपयोग करके डेटा फ़ाइलों का नाम: फाइलनाम में अवधि, अल्पविराम, रिक्त स्थान या कोई अन्य प्रतीक नहीं होना चाहिए।
- कंपार्टमेंक मल्टीटैपर स्पेक्ट्रोग्राम प्रोग्राम(https://drive.google.com/)डाउनलोड करें।
- स्पेक्ट्रोग्राम कार्यक्रम लॉन्च करें और पॉप-अप संकेतों का पालन करें। फ़ाइल प्रकार चुनें: *. सीएसवी या *. Edf.
नोट: इसके अलावा कार्यक्रम स्थापना विवरण readme.txt फ़ाइल में स्थित हैं। - पूरे ईईजी फ़ाइल नाम (जैसे, 419eeg.edf या 419.eeg.csv) टाइप करें।
- स्पेक्ट्रोग्राम गणना के लिए मापदंडों का चयन करें: डिफ़ॉल्ट या नया। इस चरण के लिए सबसे लंबे समय तक प्रसंस्करण समय की आवश्यकता होती है क्योंकि स्पेक्ट्रोग्राम की गणना की जा रही है। गणितीय खिड़की समारोह (टेपर) अंतर्निहित स्पेक्ट्रम के सांख्यिकीय-स्वतंत्र अनुमान प्रदान करता है। अब रिकॉर्डिंग अवधि, अब इस कदम ले जाएगा । विंडोज 10 चलाने वाले पीसी प्लेटफॉर्म पर इसके लिए 4 एच रिकॉर्डिंग के लिए अधिकतम लगभग 3−4 मिन की आवश्यकता होती है।
- निम्नलिखित डिफ़ॉल्ट स्पेक्ट्रोग्राम मापदंडों का उपयोग करें:
नमूना आवृत्ति = 500 हर्ट्ज। यह प्रति सेकंड नमूनों की संख्या का प्रतिनिधित्व करता है ।
एफपास = 0.3 हर्ट्ज और 30 हर्ट्ज एफपास इनपुट की आवृत्तियों को परिभाषित करता है और आउटपुट में आपूर्ति की जाने वाली आवृत्तियों की सीमा को नियंत्रित करता है।
पैडिंग = 2. पैडिंग किसी भी तरह से परिणाम गणना को प्रभावित किए बिना आउटपुट को बारीक रूप से इंटरपोलेट करने का काम करता है। यह दृश्य और स्पेक्ट्रल लाइनों की सटीक पहचान के साथ सहायता कर सकता है। मैदान -1 और यूपी से कोई भी इंटीज है।
टाइम-बैंडविड्थ उत्पाद (एनडब्ल्यू) = 15। संकेत लौकिक अवधि और स्पेक्ट्रल चौड़ाई का उत्पाद।
टपर्स की संख्या = 29। जब टपर्स की संख्या चुनते हैं, तो 2एनडब्ल्यू-1 का उपयोग करना आवश्यक है। उपयोग किए गए टैपर की संख्या की कोई सीमा नहीं है। अधिक टैपर्स का उपयोग किया जाता है जिसके परिणामस्वरूप निर्दिष्ट आवृत्ति बैंडविड्थ में खराब एकाग्रता वाले टैपर्स को शामिल किया जाएगा।
परीक्षण औसत = 1। यह पैरामीटर यह नियंत्रित करता है कि परीक्षण या चैनल औसत किया जाता है या नहीं। यदि यह पैरामीटर 0 के लिए सेट किया गया है, तो कोई चैनल औसत नहीं है और फ़ंक्शन इनपुट डेटा के रूप में पारित प्रत्येक परीक्षण या चैनल के लिए स्वतंत्र परिणाम देगा। हालांकि, यदि परीक्षण औसत 1 से सेट है, तो उपयोगकर्ता को परिणाम आउटपुट परीक्षणों या चैनलों पर औसत कर रहे हैं।
एफएफटी ~ 30 एस की गणना करने का समय कई छोटी खिड़कियों पर स्पेक्ट्रम की गणना करके स्पेक्ट्रम के विकास का पालन करने के लिए उपयोग किया जाता है।
एफएफटी गणना = 5 के लिए खिड़की का चरण आकार। प्रत्येक स्पेक्ट्रम गणना के बाद स्लाइडिंग टाइम विंडो अग्रिम राशि।
नोट: चरण 3.7.1 में बताए गए डिफ़ॉल्ट स्पेक्ट्रोग्राम पैरामीटर को आवश्यकतानुसार बदला जा सकता है।
- निम्नलिखित डिफ़ॉल्ट स्पेक्ट्रोग्राम मापदंडों का उपयोग करें:
- स्पेक्ट्रोग्राम और ईईजी दोनों के लिए खिताब दर्ज करें।
- परिणामस्वरूप स्पेक्ट्रोग्राम और ईईजी को बचाएं।
- फ़ाइल पर क्लिक करके आंकड़े सहेजें । फिगर विंडो में सेव दें।
नोट: आंकड़े प्रोग्राम उपयोगकर्ताओं को सारांश प्रदान करेंगे जिन्हें प्रकाशन-गुणवत्ता के आंकड़ों में विकसित किया जा सकता है।
- फ़ाइल पर क्लिक करके आंकड़े सहेजें । फिगर विंडो में सेव दें।
4. समस्या निवारण
- नमूना स्पेक्ट्रोग्राम गणना के लिए नमूना माउस स्लीप ईईजी डेटा डाउनलोड करें।
- यह सुनिश्चित करने के लिए नमूना डेटा के साथ प्रोग्राम चलाएं कि उपयोगकर्ता कार्यक्रम का सही उपयोग कर रहा है। परिशिष्ट में इन नमूना डेटा के आंकड़ों का पता लगाएं ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि नमूना डेटा से बनाए गए आंकड़े सटीक हैं।
नोट: सामग्रीकी तालिका में उपयोग किए जाने वाले सभी उपकरण और सामग्री प्रदान की गई है ।
Representative Results
निम्नलिखित आंकड़े मस्तिष्क उत्तेजना के ईईजी सूचकांकों में उपन्यास अंतर्दृष्टि के प्रकार को दर्शाते हैं जो स्पेक्ट्रोग्राम द्वारा प्रदान किए जाते हैं।
चित्रा 1ए जागना, एनआरईएम नींद और रेम स्लीप के दौरान कॉर्टिकल ईईजी में समानताएं और अंतर दिखाता है। नींद और जागना बताने के लिए कई जांचकर्ता ईएमजी रिकॉर्डिंग (नहीं दिखाए गए) के साथ-साथ इस प्रकार के निशानों का उपयोग करते हैं। चित्रा 1बी ईईजी और ईएमजी रिकॉर्डिंग के आकलन के आधार पर नींद और जागना राज्यों के लौकिक संगठन को व्यक्त करने के लिए एक सम्मोहन साजिश का उपयोग करता है। राज्यों को 10 एस युगों में बनाए गए थे और इन युगों को 14,400 एस के दौरान सम्मोहन के रूप में प्लॉट किया गया था जिसमें 4 एच रिकॉर्डिंग शामिल थी। सम्मोहन भूखंड इस तथ्य को स्पष्ट नहीं करते हैं कि राज्यों के बीच संक्रमण निरंतर और nonlinear हैं। एक सम्मोहन साजिश के विपरीत, स्पेक्ट्रोग्राम(चित्रा 1सी)समय के एक समारोह के रूप में ईईजी आवृत्ति और शक्ति में अत्यधिक गतिशील परिवर्तन दिखाता है। स्पेक्ट्रोग्राम जागने के दौरान और रेम नींद के दौरान कॉर्टिकल ईईजी सिग्नल के बीच समानताओं पर भी प्रकाश डालता है। स्पेक्ट्रोग्राम पर आरोपित तीन बक्से(चित्रा 1सी)मार्क राज्यों को जागना (जागो), एनआरईएम स्लीप, और ऊपर सम्मोहन में रेम स्लीप(चित्रा 1बी)के रूप में पहचाना जाता है और ईईजी आवृत्ति और शक्ति में विस्तृत परिवर्तन ों की कल्पना करने में सहायता करने के लिए प्रदान किया जाता है। पूरी रिकॉर्डिंग के लिए स्पेक्ट्रोग्राम एक सतत प्रक्रिया के रूप में ईईजी की सूक्ष्म प्रशंसा प्रदान करता है।
चित्रा 2 चार मल्टीटेपर स्पेक्ट्रोग्राम प्रदान करता है, प्रत्येक नमकीन, मॉर्फिन, बुप्रेनोर्फिन और फेन्टनाइल के इंट्रापेरिटोनियल प्रशासन के बाद ईईजी रिकॉर्डिंग के 4 घंटे का सारांश देता है। सभी चार रिकॉर्डिंग एक ही माउस से कर रहे है और प्रकाश शुरुआत के बाद 2 घंटे शुरू कर रहे थे । ओपियेट्स, लेकिन खारा नहीं, एनआरईएम और रेम नींद को बाधित करता है, और जागने की मात्रा में वृद्धि होती है। कई उपन्यास विशेषताओं की कल्पना स्पेक्ट्रोग्राम द्वारा की जाती है। उपन्यास ईईजी सुविधाओं का पता लगाने से रासायनिक खतरे के वातावरण में नशा भेदभाव के लिए संभावित आवेदन का पता चलता है। खारा इंजेक्शन के बाद(चित्रा 2ए)2−4 हर्ट्ज रेंज में रहने वाली शक्ति की सबसे बड़ी मात्रा, एनआरईएम नींद का संकेत देती है। ध्यान दें कि ईईजी स्पेक्ट्रोग्राम मौलिक रूप से नशा प्रशासन द्वारा बदल दिए गए थे, और प्रत्येक नशा अद्वितीय स्पेक्ट्रल परिवर्तन का कारण बना।
चित्रा 3 दर्शाता है कि स्पेक्ट्रोग्राम द्वारा सचित्र ईईजी परिवर्तनों को निर्धारित किया जा सकता है और प्रत्येक आधी आवृत्ति(चित्रा 3ए)की स्पेक्ट्रल शक्ति पर हावी औसत के रूप में व्यक्त किया जा सकता है और विशिष्ट ईईजी आवृत्ति बैंड(चित्रा 3बी)के भीतर औसत स्पेक्ट्रल शक्ति के रूप में। खारा से सबसे बड़ा अंतर buprenorphine के कारण थे और डेल्टा और थीटा पर्वतमाला में हुई ।
चित्रा 1: कॉर्टिकल ईईजी रिकॉर्डिंग सम्मोहन और स्पेक्ट्रोग्राम बनाने के लिए उपयोग की जाती है। (A)ईईजी वेवफॉर्म ्स, बेसलाइन (कोई इंजेक्शन नहीं) रिकॉर्डिंग के दौरान जागना, एनआरईएम स्लीप और रेम स्लीप के दौरान दर्ज किया गया। प्रत्येक ट्रेस रिकॉर्डिंग के 90 एस दिखाता है। (ख)सम्मोहन सलाखों की ऊंचाई का उपयोग करता है चेतना की स्थिति (संजोना) बनाम रिकॉर्डिंग के 4 एच (abscissa) व्यक्त करने के लिए । (ग)टेप्ड स्पेक्ट्रोग्राम एक रंग बार का उपयोग करके डेसीबल (डीबी, राइट ऑर्डिनेट) या हर्ट्ज (हर्ट्ज, लेफ्ट ऑर्डिनेट) में विभिन्न ईईजी आवृत्तियों पर ईईजी शक्ति को 4 घंटे रिकॉर्डिंग समय (abscissa) के एक समारोह के रूप में व्यक्त करने के लिए। जावक, एनआरईएम नींद और रेम स्लीप के प्रत्येक एपिसोड को चित्रित करने के लिए स्पेक्ट्रोग्राम में ब्लैक वर्टिकल लाइनों को जोड़ा गया है। (स्पेक्ट्रोग्राम पैरामीटर: नमूना आवृत्ति = 500 हर्ट्ज, एफपास = 0.3 हर्ट्ज और 30 हर्ट्ज, पैडिंग = 2, टाइम-बैंडविड्थ = 15, टैपर्स की संख्या 29, परीक्षण औसत = 1, एफएफटी ~ 30 एस की गणना करने का समय, एफएफटी गणना = 5 के लिए खिड़की का चरण आकार)। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 2: स्पेक्ट्रोग्राम ईईजी शक्ति और नशा प्रशासन के कारण आवृत्ति में परिवर्तन को दर्शाती है। प्रत्येक स्पेक्ट्रोग्राम भूखंड ों में हर्ट्ज (हर्ट्ज, बाएं संयोजी) और ईईजी पावर के डेसीबल (डीबी) 4 एच (एब्सिसा) के प्रशासन के बाद 4 एच (एब्सिसा) का उपयोग करके(ए)खारा,(बी)मॉर्फिन,(सी)बुप्रेनोरफिन, और(डी)फेन्टनाइल। (स्पेक्ट्रोग्राम पैरामीटर: नमूना आवृत्ति = 500 हर्ट्ज, एफपास = 0.3 हर्ट्ज और 30 हर्ट्ज, पैडिंग = 2, टाइम-बैंडविड्थ = 15, टपर्स की संख्या 29, परीक्षण औसत = 1, एफएफटी ~ 30 एस की गणना करने का समय, एफएफटी गणना = 5 के लिए खिड़की का कदम आकार)। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 3: Opiates अंतर डेल्टा और थीटा ईईजी आवृत्ति बैंड के भीतर औसत ईईजी शक्ति बदल दिया है । (क) चित्र ा 2में दिखाए गए प्रत्येक 4 घंटे की रिकॉर्डिंग के दौरान औसत ईईजी शक्ति का सारांश देता है . ऑर्डिनेट भूखंड प्रत्येक आधी आवृत्ति (abscissa) पर औसत ईईजी शक्ति। खारा नियंत्रण के सापेक्ष, अन्य तीन कार्यों में से प्रत्येक औसत ईईजी शक्ति में नशा-विशिष्ट परिवर्तन दिखाता है। (ख)खारा (एस), बुप्रेनोर्फिन (बी), मॉर्फिन (एम), और फेन्टनाइल (एफ) के प्रशासन के बाद चार ईईजी फ्रीक्वेंसी बैंड (डेल्टा, थेटा, अल्फा और बीटा) में औसत ईईजी शक्ति को दिखाता है। बीमें ए और एवरेज पावर बैंड में पावर फंक्शन के लिए कलर कोडिंग एक ही है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
Discussion
यहां वर्णित कार्यक्रम प्रोटोकॉल धारा 3, स्पेक्ट्रोग्राम गणना में उल्लिखित नौ चरणों का उपयोग करके स्पेक्ट्रोग्राम बनाने के लिए विकसित किया गया था। इन चरणों में स्पेक्ट्रोग्राम कार्यक्रम प्राप्त करना, सही फ़ाइल प्रारूप सुनिश्चित करना और अद्वितीय उपयोगकर्ता स्पेक्ट्रोग्राम की पीढ़ी के लिए कम्प्यूटेशनल मापदंडों में फेरबदल करना शामिल है। उपयोगकर्ता स्पेक्ट्रोग्राम बना सकते हैं जो वैचारिक प्रश्नों और प्रयोगात्मक डिजाइनों की एक श्रृंखला के अनुरूप हैं। इस विकास प्रक्रिया की आसानी और दक्षता बढ़ाने के लिए, ऊपर वर्णित बाधाओं के अनुसार नामित सही फ़ाइल प्रारूप में कच्चे ईईजी डेटा प्रदान करना आवश्यक है। हालांकि माउस ईईजी डेटा के लिए उदाहरण संकेत प्रदान किए गए हैं, स्पेक्ट्रोग्राम प्रोग्राम मानव और गैर-मानव ईईजी डेटा पर आसानी से लागू होता है जो सिग्नल प्रोसेसिंग सीमाओं से मुक्त हैं।
समस्या निवारण और विधि संशोधन के लिए अनुशंसित दृष्टिकोण एक छोटे डेटा सेट का विश्लेषण करके शुरू करना है। विचार करने के लिए प्रमुख कार्यक्रम आउटपुट में फ़िल्टर किए गए ईईजी के भूखंडों के साथ-साथ स्पेक्ट्रोग्राम शामिल हैं। पतला स्पेक्ट्रोग्राम का एक आकर्षक पहलू यह है कि इसे आवधिक, जैविक संकेतों की एक विस्तृत विविधता पर लागू किया जा सकता है। यह किस्म लंबी अवधि के सर्कैडियन (24 एच) लय17 से बहुत तेज लय तक है जैसे रेनशॉ सेल18की 1,000 हर्ट्ज डिस्चार्ज दरें।
डेटा स्वरूपण इस स्पेक्ट्रोग्राम प्रोटोकॉल की बाधा है। यूरोपीय डेटा प्रारूप (ईडीएफ) का व्यापक रूप से ईईजी डेटा के साथ उपयोग किया जाता है। हालांकि, कई अन्य फॉर्मेटिंग विकल्प हैं। इस कारण से, यदि उपयोगकर्ता फ़ाइल प्रारूप को बदलना चाहता है तो कच्चे कोड फ़ाइल को शामिल किया गया है (ऊपर 3.2 देखें) । कच्चे कार्यक्रम फ़ाइल के संबंध में, फ़ाइल प्रारूप को बदलने के लिए कंप्यूटर प्रोग्रामिंग भाषा के साथ अनुभव की आवश्यकता एक और सीमा है। सभी जांचकर्ताओं के पास मालिकाना सॉफ्टवेयर और प्लग-इन की पूरी सरणी तक पहुंच नहीं है। यह प्रोटोकॉल सॉफ्टवेयर लाइसेंसिंग के बिना विंडोज-आधारित डिवाइस पर चलने वाले एक संकलित कार्यक्रम प्रदान करके इस मुद्दे को दरकिनार करने के लिए विकसित किया गया था। यह रनटाइम प्लगइन के माध्यम से प्राप्त किया जाता है जो संकलित कार्यक्रम में शामिल है और उपयोगकर्ता द्वारा किसी भी सॉफ्टवेयर पंजीकरण की आवश्यकता नहीं है।
यह ईईजी स्पेक्ट्रोग्राम रूटीन एक उपन्यास, ओपन सोर्स, कंप्यूटर-आधारित प्रोग्राम है जो उपयोगकर्ताओं को डेटा की एक विस्तृत श्रृंखला से व्यक्तिगत, मल्टीटैपर स्पेक्ट्रोग्राम बनाने की अनुमति देता है। उपयोगकर्ता का स्पेक्ट्रोग्राम पीढ़ी के सभी कम्प्यूटेशनल पहलुओं पर पूरा नियंत्रण है। पूर्व सिग्नल प्रसंस्करण और कंप्यूटर प्रोग्रामिंग ज्ञान के बिना, स्पेक्ट्रोग्राम उत्पन्न करना मुश्किल हो सकता है। यहां वर्णित प्रोटोकॉल से स्पेक्ट्रोग्राम उत्पादन में सुविधा होगी। कृपया आगे सिग्नल प्रोसेसिंग रीडिंग और मल्टीटैपर स्पेक्ट्रोग्राम मार्गदर्शन के लिए पूरक सामग्री अनुभाग देखें।
पूरक सामग्री
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-data
Disclosures
लेखकों के हितों का कोई टकराव नहीं है ।
Acknowledgments
यह काम एक एनआईएच अनुदान एचएल-65272 द्वारा भाग में समर्थित है। लेखक इस परियोजना में उनके योगदान के लिए जचारी टी ग्लोवाक और क्लेरेंस ई लॉकलर का शुक्रिया अदा करते हैं ।
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
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