腦電圖 (EEG) 是臨床醫(yī)生用來(lái)診斷神經(jīng)系統(tǒng)疾病以及研究人員用來(lái)研究和發(fā)現(xiàn)支持感覺、記憶和認(rèn)知處理的腦回路機(jī)制的不可或缺的工具。Matthew Caudill 博士是德克薩斯兒童醫(yī)院 Jan 和 Dan Duncan 神經(jīng)學(xué)研究所的研究員，貝勒醫(yī)學(xué)院的助理教授，他開發(fā)了一種新軟件 Openseize，現(xiàn)在可以分析大量的一維數(shù)字信號(hào)，包括巨大的腦電圖數(shù)據(jù)集。該研究發(fā)表在開源軟件雜志上。
“通常，EEG 信號(hào)是使用通道數(shù)在 1-10 個(gè)電極之間的設(shè)備記錄的，”Caudill 博士說(shuō)。“然而，薄膜電子學(xué)的最新進(jìn)展催生了新型記錄設(shè)備，可以同時(shí)記錄數(shù)千個(gè)通道，每個(gè)通道記錄來(lái)自特定大腦區(qū)域的許多神經(jīng)元長(zhǎng)時(shí)間(例如數(shù)月)的活動(dòng)目前，這些新的高通量腦電圖記錄設(shè)備正被用于記錄來(lái)自嚙齒動(dòng)物模型大腦的非常高質(zhì)量的神經(jīng)活動(dòng)。這導(dǎo)致了如何以高效可靠的方式處理如此海量數(shù)據(jù)的難以置信的挑戰(zhàn)方式。”
從機(jī)制上講，EEG 正在移動(dòng)時(shí)間序列，捕捉由跨神經(jīng)元群體的同步突觸電位變化引起的大腦電磁場(chǎng)變化。EEG 中通常使用線性數(shù)字信號(hào)處理 (DSP) 工具來(lái)降低噪聲、對(duì)數(shù)據(jù)重新采樣、去除偽影、揭示數(shù)據(jù)的時(shí)空頻率內(nèi)容等等。
“我們通常通過數(shù)學(xué)分析來(lái)運(yùn)行這些數(shù)據(jù)，以從這些數(shù)據(jù)集中挖掘和提取有用的生物學(xué)信息，”考迪爾博士說(shuō)。“問題是即使是最高端的計(jì)算機(jī)也沒有足夠大的內(nèi)存來(lái)對(duì)新記錄設(shè)備生成的海量數(shù)據(jù)集執(zhí)行計(jì)算。為了解決這個(gè)問題，我設(shè)計(jì)了 Openseize 軟件將大數(shù)據(jù)集分解成更小的數(shù)據(jù)集適合典型計(jì)算的片段，然后將這些分析過的塊組合起來(lái)構(gòu)建完整的解決方案。這類似于我們?nèi)绾魏婵緩?fù)雜的多層蛋糕——首先，我們從食品儲(chǔ)藏室收集烘烤各個(gè)組件所需的成分，逐層烘烤，最后組裝蛋糕。”
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