BrainBeats كمكون إضافي EEGLAB مفتوح المصدر لتحليل EEG وإشارات القلب والأوعية الدموية بشكل مشترك

Summary

صندوق أدوات BrainBeats هو مكون إضافي مفتوح المصدر ل EEGLAB مصمم لتحليل إشارات EEG والقلب والأوعية الدموية (ECG / PPG) بشكل مشترك. ويشمل تقييم إمكانات نبضات القلب (HEP) ، والتحليل القائم على الميزات ، واستخراج القطع الأثرية للقلب من إشارات EEG. سيساعد البروتوكول في دراسة التفاعل بين الدماغ والقلب من خلال عدستين (HEP والميزات) ، مما يعزز قابلية التكرار وإمكانية الوصول.

Abstract

يحظى التفاعل بين الدماغ وأنظمة القلب والأوعية الدموية باهتمام متزايد لقدرته على تعزيز فهمنا لعلم وظائف الأعضاء البشرية وتحسين النتائج الصحية. ومع ذلك ، فإن التحليل متعدد الوسائط لهذه الإشارات يمثل تحديا بسبب الافتقار إلى المبادئ التوجيهية ، ومعالجة الإشارات الموحدة والأدوات الإحصائية ، وواجهات المستخدم الرسومية (GUIs) ، والأتمتة لمعالجة مجموعات البيانات الكبيرة أو زيادة قابلية الاستنساخ. يوجد فراغ آخر في طرق استخراج ميزات EEG وتقلب معدل ضربات القلب (HRV) ، مما يقوض التشخيص السريري أو متانة نماذج التعلم الآلي (ML). استجابة لهذه القيود ، نقدم صندوق أدوات BrainBeats. تم تنفيذ BrainBeats كمكون إضافي مفتوح المصدر ل EEGLAB ، وهو يدمج ثلاثة بروتوكولات رئيسية: 1) إمكانات نبضات القلب (HEP) والتذبذبات (HEO) لتقييم التفاعل بين الدماغ والقلب المقفل زمنيا بدقة ميلي ثانية. 2) استخراج ميزة EEG و HRV لفحص الارتباطات / الاختلافات بين مقاييس الدماغ والقلب المختلفة أو لبناء نماذج ML قوية قائمة على الميزات ؛ 3) الاستخراج الآلي لأدوات القلب من إشارات EEG لإزالة أي تلوث محتمل للقلب والأوعية الدموية أثناء إجراء تحليل EEG. نحن نقدم برنامجا تعليميا خطوة بخطوة لتطبيق هذه الطرق الثلاث على مجموعة بيانات مفتوحة المصدر تحتوي على إشارات EEG و ECG و PPG متزامنة من 64 قناة. يمكن للمستخدمين ضبط المعلمات بسهولة لتخصيص احتياجاتهم البحثية الفريدة باستخدام واجهة المستخدم الرسومية (GUI) أو سطر الأوامر. يجب أن تجعل BrainBeats أبحاث التفاعل بين الدماغ والقلب أكثر سهولة وقابلية للتكرار.

Introduction

لفترة طويلة ، سيطر النهج الاختزالي على البحث العلمي في علم وظائف الأعضاء والإدراك البشري. تضمن هذا النهج تشريح العمليات الجسدية والعقلية المعقدة إلى مكونات أصغر وأكثر قابلية للإدارة ، مما يسمح للباحثين بالتركيز على الأنظمة الفردية بمعزل عن غيرها. نشأت هذه الاستراتيجية بسبب التحديات في دراسة الطبيعة المعقدة والمترابطة لجسم الإنسان وعقله¹. كان للاختزال دور فعال في فهم الأنظمة الفرعية الفردية بمعزل عن بعضها البعض ، مثل توضيح دور القنوات الأيونية وإمكانات العمل للتواصل العصبي² أو القلبي³ . ومع ذلك ، لا تزال هناك فجوة كبيرة في فهمنا لكيفية تفاعل هذه الأنظمة المعزولة على نطاق مكاني وزمن أكبر. يعتبر الإط....

Protocol

تم الحصول على موافقة مستنيرة من كل مشارك ، ووافقت لجنة الأخلاقيات بجامعة الأورال الفيدرالية على البروتوكول التجريبي.

1. متطلبات برين بيتس

1. قم بتثبيت MATLAB و EEGLAB على الكمبيوتر. يمكن تنزيل EEGLAB في https://github.com/sccn/eeglab وفك ضغطه (أو استنساخه لمستخدمي Git) في أي مكان على الكمبيوتر. راجع صفحة GitHub لمزيد من التفاصيل حول التثبيت.
2. أضف المسار إلى مجلد EEGLAB في اللوحة الرئيسية ل MATLAB بالنقر فوق الزر "تعيين المسار ". حدد المجلد eeglab الذي يحتوي على الملف الذي تم فك ضغطه وانقر فوق حفظ > إغلاق.
3. قم بتشغيل EEGLAB عن طريق كتابة eeglab في نا....

النتائج

أولا ، تم استخدام المكون الإضافي BrainBeats للمعالجة المسبقة لبيانات EEG و ECG ، وتحديد القطع الأثرية وإزالتها ، وتحليل إمكانات نبضات القلب (HEP) والتذبذبات (HEO). نجح BrainBeats في اكتشاف فترات RR من إشارة ECG وبعض القطع الأثرية RR (الشكل 2). ذكرت BrainBeats أيضا في نافذة الأوامر أن 11/305 (3.61٪) من نبضات .......

Discussion

الخطوات الحاسمة في البروتوكول
يتم وصف الخطوات الهامة في الخطوات من 1.1 إلى 1.4. يتم تنفيذ التحذيرات ورسائل الخطأ في أماكن مختلفة في صندوق الأدوات لمساعدة المستخدمين على فهم سبب مواجهتهم لمشكلات (على سبيل المثال ، مواقع الأقطاب الكهربائية غير المحملة في بيانات EEG ، وطول الملف قصير ?.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
EEGLAB	Swartz Center for Computational Neuroscience (SCCN)		Free/Open-source
MATLAB	The Mathworks, Inc.		Requires a license
Windows PC	Lenovo, Inc.