Openseize：一種用于分析大規(guī)模數(shù)字信號的新型開源軟件

腦電圖 (EEG) 是臨床醫(yī)生用來診斷神經(jīng)系統(tǒng)疾病以及研究人員用來研究和發(fā)現(xiàn)支持感覺、記憶和認(rèn)知處理的腦回路機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，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 信號是使用通道數(shù)在 1-10 個電極之間的設(shè)備記錄的，”Caudill 博士說。“然而，薄膜電子學(xué)的最新進展催生了新型記錄設(shè)備，可以同時記錄數(shù)千個通道，每個通道記錄來自特定大腦區(qū)域的許多神經(jīng)元長時間(例如數(shù)月)的活動目前，這些新的高通量腦電圖記錄設(shè)備正被用于記錄來自嚙齒動物模型大腦的非常高質(zhì)量的神經(jīng)活動。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。”

從機制上講，EEG 正在移動時間序列，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變化。EEG 中通常使用線性數(shù)字信號處理 (DSP) 工具來降低噪聲、對數(shù)據(jù)重新采樣、去除偽影、揭示數(shù)據(jù)的時空頻率內(nèi)容等等。

“我們通常通過數(shù)學(xué)分析來運行這些數(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。“問題是即使是最高端的計算機也沒有足夠大的內(nèi)存來對新記錄設(shè)備生成的海量數(shù)據(jù)集執(zhí)行計算。為了解決這個問題，我設(shè)計了 Openseize 軟件將大數(shù)據(jù)集分解成更小的數(shù)據(jù)集適合典型計算的片段，然后將這些分析過的塊組合起來構(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，我們從食品儲藏室收集烘烤各個組件所需的成分，逐層烘烤，最后組裝蛋糕。”

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