BrainBeats como um plug-in EEGLAB de código aberto para analisar conjuntamente sinais cardiovasculares e de EEG

Summary

A caixa de ferramentas BrainBeats é um plug-in EEGLAB de código aberto projetado para analisar em conjunto sinais de EEG e cardiovasculares (ECG/PPG). Inclui avaliação de potenciais evocados por batimentos cardíacos (HEP), análise baseada em recursos e extração de artefatos cardíacos de sinais de EEG. O protocolo ajudará a estudar a interação cérebro-coração através de duas lentes (HEP e recursos), aumentando a reprodutibilidade e acessibilidade.

Abstract

A interação entre o cérebro e os sistemas cardiovasculares está atraindo cada vez mais atenção por seu potencial de avançar nossa compreensão da fisiologia humana e melhorar os resultados de saúde. No entanto, a análise multimodal desses sinais é desafiadora devido à falta de diretrizes, processamento de sinais padronizado e ferramentas estatísticas, interfaces gráficas de usuário (GUIs) e automação para processar grandes conjuntos de dados ou aumentar a reprodutibilidade. Existe uma lacuna adicional nos métodos padronizados de extração de recursos de EEG e variabilidade da frequência cardíaca (VFC), prejudicando o diagnóstico clínico ou a robustez dos modelos de aprendizado de máquina (ML). Em resposta a essas limitações, apresentamos a caixa de ferramentas BrainBeats. Implementado como um plug-in EEGLAB de código aberto, o BrainBeats integra três protocolos principais: 1) Potenciais evocados por batimentos cardíacos (HEP) e oscilações (HEO) para avaliar a interação cérebro-coração bloqueada no tempo com precisão de milissegundos; 2) Extração de recursos de EEG e VFC para examinar associações/diferenças entre várias métricas cerebrais e cardíacas ou para construir modelos robustos de ML baseados em recursos; 3) Extração automatizada de artefatos cardíacos de sinais de EEG para remover qualquer contaminação cardiovascular potencial durante a realização de análises de EEG. Fornecemos um tutorial passo a passo para aplicar esses três métodos a um conjunto de dados de código aberto contendo sinais simultâneos de EEG, ECG e PPG de 64 canais. Os usuários podem ajustar facilmente os parâmetros para adaptar suas necessidades exclusivas de pesquisa usando a interface gráfica do usuário (GUI) ou a linha de comando. O BrainBeats deve tornar a pesquisa de interação cérebro-coração mais acessível e reprodutível.

Introduction

Por muito tempo, a abordagem reducionista dominou a investigação científica em fisiologia e cognição humanas. Essa abordagem envolveu a dissecação de processos corporais e mentais complexos em componentes menores e mais gerenciáveis, permitindo que os pesquisadores se concentrassem em sistemas individuais isoladamente. Essa estratégia surgiu devido aos desafios em estudar a natureza intrincada e interconectada do corpo e da mente humanos¹. O reducionismo tem sido fundamental para a compreensão de subsistemas individuais isoladamente, como elucidar o papel dos canais iônicos e potenciais de ação para a comunicação neural²....

Protocol

O consentimento informado foi obtido de cada participante, e o comitê de ética da Universidade Federal dos Urais aprovou o protocolo experimental.

1. Requisitos do BrainBeats

1. Instale o MATLAB e o EEGLAB no computador. O EEGLAB pode ser baixado em https://github.com/sccn/eeglab e descompactado (ou clonado para usuários do Git) em qualquer lugar do computador. Consulte a página do GitHub para obter mais detalhes sobre a instalação.
2. Adicione o caminho pa.......

Discussion

Etapas críticas no protocolo
As etapas críticas são descritas nas etapas 1.1-1.4. Avisos e mensagens de erro são implementados em vários locais da caixa de ferramentas para ajudar os usuários a entender por que podem encontrar problemas (por exemplo, locais de eletrodos não carregados nos dados de EEG, comprimento do arquivo muito curto para calcular uma medida confiável de VFC de frequência ultrabaixa, qualidade do sinal muito baixa para qualquer análise confiável, etc.). Cada função é .......

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.