BrainBeats come plug-in EEGLAB open source per analizzare congiuntamente i segnali EEG e cardiovascolari

Summary

Il toolbox BrainBeats è un plug-in EEGLAB open source progettato per analizzare congiuntamente i segnali EEG e cardiovascolari (ECG/PPG). Include la valutazione dei potenziali evocati dal battito cardiaco (HEP), l'analisi basata sulle caratteristiche e l'estrazione di artefatti cardiaci dai segnali EEG. Il protocollo aiuterà a studiare l'interazione cervello-cuore attraverso due lenti (HEP e caratteristiche), migliorando la riproducibilità e l'accessibilità.

Abstract

L'interazione tra il cervello e il sistema cardiovascolare sta attirando una maggiore attenzione per il suo potenziale di far progredire la nostra comprensione della fisiologia umana e migliorare i risultati di salute. Tuttavia, l'analisi multimodale di questi segnali è impegnativa a causa della mancanza di linee guida, elaborazione dei segnali standardizzata e strumenti statistici, interfacce utente grafiche (GUI) e automazione per l'elaborazione di grandi set di dati o l'aumento della riproducibilità. Esiste un ulteriore vuoto nei metodi standardizzati di estrazione delle caratteristiche EEG e variabilità della frequenza cardiaca (HRV), che minano la diagnostica clinica o la robustezza dei modelli di apprendimento automatico (ML). In risposta a queste limitazioni, introduciamo la cassetta degli attrezzi BrainBeats. Implementato come plug-in EEGLAB open-source, BrainBeats integra tre protocolli principali: 1) potenziali evocati dal battito cardiaco (HEP) e oscillazioni (HEO) per valutare l'interazione cervello-cuore bloccata nel tempo con una precisione del millisecondo; 2) estrazione di caratteristiche EEG e HRV per esaminare associazioni/differenze tra varie metriche cerebrali e cardiache o per costruire robusti modelli di ML basati su funzionalità; 3) Estrazione automatizzata di artefatti cardiaci dai segnali EEG per rimuovere qualsiasi potenziale contaminazione cardiovascolare durante l'esecuzione dell'analisi EEG. Forniamo un tutorial passo passo per applicare questi tre metodi a un set di dati open source contenente segnali EEG, ECG e PPG simultanei a 64 canali. Gli utenti possono facilmente mettere a punto i parametri per personalizzare le loro esigenze di ricerca uniche utilizzando l'interfaccia utente grafica (GUI) o la riga di comando. BrainBeats dovrebbe rendere la ricerca sull'interazione cervello-cuore più accessibile e riproducibile.

Introduction

Per molto tempo, l'approccio riduzionista ha dominato l'indagine scientifica in fisiologia e cognizione umana. Questo approccio ha comportato la sezionazione di processi corporei e mentali complessi in componenti più piccoli e più gestibili, consentendo ai ricercatori di concentrarsi sui singoli sistemi in isolamento. Questa strategia è nata a causa delle sfide nello studio della natura intricata e interconnessa del corpo e della mente umana¹. Il riduzionismo è stato determinante per comprendere i singoli sottosistemi in isolamento, come chiarire il ruolo dei canali ionici e dei potenziali d'azione per la comunicazione neurale^....

Protocol

Il consenso informato è stato ottenuto da ciascun partecipante e il comitato etico dell'Università Federale degli Urali ha approvato il protocollo sperimentale.

1. Requisiti di BrainBeats

1. Installa MATLAB ed EEGLAB sul computer. EEGLAB può essere scaricato su https://github.com/sccn/eeglab e decompresso (o clonato per gli utenti Git) ovunque sul computer. Per ulteriori dettagli sull'installazione, vedere la pagina GitHub.
2. Aggiungi il percorso alla cartell.......

Discussion

Passaggi critici nel protocollo
I passaggi critici sono descritti nei passaggi 1.1-1.4. Avvisi e messaggi di errore sono implementati in vari punti della cassetta degli attrezzi per aiutare gli utenti a capire perché potrebbero riscontrare problemi (ad esempio, posizioni degli elettrodi non caricate nei dati EEG, lunghezza del file troppo corta per calcolare una misura affidabile di HRV a frequenza ultrabassa, qualità del segnale troppo bassa per qualsiasi analisi affidabile, ecc.). Ogni funzione è.......

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.