Программа оперативной обработки электрофизиологических сигналов, регистрируемых комплексом Neuralynx

Разрабатывается интерфейсная программа для быстрой поточной обработки электрофизиологических сигналов, поиска в них шаблонных составляющих и оперативного отображения на мониторе компьютера. Назначение программы заключается в обеспечении процесса регистрации электрической активности мозга лабораторных животных и ускорении реакции экспериментатора на изменения этой активности.

Создана интерфейсная программа PrEviewNLX, осуществляющая параллельную обработку потока оцифрованных электрофизиологических сигналов системы сбора данных Neuralynx и отображение динамики уровня активности коры мозга в ходе эксперимента. Работа с большим потоком данных онлайн предъявляет особые требования к выбору алогритмов преобразования данных и к качеству программного кода. PrEviewNLX представляет собой программный модуль, осуществляющий быструю обработку сигналов по ходу электрофизиологического эксперимента и отображение результата в таком виде, который позволяет выявить некоторые ошибки подготовки эксперимента, а также найти рецептивное поле, соответствующее зоне мозга, от которой ведётся регистрация потенциалов.

Источником экспериментальных данных является система Neuralynx, представляющая собой аппаратно-программный комплекс для усиления, оцифровки и записи сигналов в память компьютера. Программная надстройка NeuralynxStream позволяет получить доступ к потоку данных в среде MATLAB. С помощью этого пакета можно по запросу получать как сигналы всех каналов усилителя (до 256 каналов), так и информацию о состоянии TTL входов/выходов усилителя. Последнее особенно важно для реализации синхронной работы дополнительных внешних устройств, используемых в эксперименте.

На данном этапе PrEviewNLX обеспечивает корректый приём данных и работу с ними в режиме циклического буфера, учёт необходимых аттрибутов сигналов (частота дискретизации, номера и названия каналов), отображение заданного фрагмента записи, который обычно ассоциируется с синхронизирущим сигналом внешнего устройства (стимулятора).

Программа PrEviewNLX показала свою эффективность при анализе качества электрофизиологических сигналов, параметров расположения электродов в коре мозга подопытного животного и пригодности in vivo препарата для проведения эксперимента по запланированной схеме.

На рисунке показан вид главной формы программы PrEviewNLX. Пользователь может задавать наборы каналов, соответствующие используемым матрицам электродов, для отображения глубинного профиля вызванного сигнала, либо указать отдельные каналы, если требуется отображение в режиме осциллографа. Глубинный профиль вызванного сигнала может быть визуализирован как усреднённые временные развёртки сенсорно-вызванных потенциалов с одновременным отображением цветокодированной плотности источников тока (рисунок, левая часть). Также имеется возможность попутного вычисления и отображения в цветокодированной форме мгновенных частот множественных потенциалов действия нейронов (рисунок, правая часть).

Рисунок. Программа PrEviewNLX. Пример работы программы PrEviewNLX. По ходу эксперимента вычисляется средний сенсорно-вызванный потенциал на всех глубинах коры мозга и соответствующая им картина плотности источников тока (слева) либо оценка частоты потенциалов действия (справа).

Созданное программное обеспечение облегчает и ускоряет анализ большинства типичных паттернов электрической активности непосредственно во время эксперимента.