BrainBeats כתוסף EEGLAB בקוד פתוח לניתוח משותף של אותות EEG ואותות לב וכלי דם

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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....

Protocol

הסכמה מדעת התקבלה מכל משתתף, וועדת האתיקה של האוניברסיטה הפדרלית של אורל אישרה את פרוטוקול הניסוי.

1. דרישות BrainBeats

1. 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 פר.......

Discussion

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, איכו.......

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.