BEST ToolBox 脑生理记录及刺激工具箱介绍

2022-01-08 18:21
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BEST Toolbox(Brain Electrophysiological recording and STimulation Toolbox)是一个开源项目,旨在提高非侵入性脑刺激研究的客观性,可靠性和可重复性。它创建于2018年12月,专注于闭环实时脑状态依赖性脑刺激实验控制,现在将其功能扩展到神经调节的各种形式。BEST Toolbox是在GitHub上公开开发的。

为了促进非侵入性脑刺激(NIBS)研究的客观性,可靠性和可重复性,并使学生,研究人员和临床医生能够进行***的多模态NIBS研究,需要一种自动化但灵活的数据收集和分析工具。

BEST Toolbox 是一款易于使用的基于 MATLAB 的开源软件,具有强大的图形用户界面 (GUI),允许用户灵活地设计、运行、分析和共享多协议/多会话 NIBS 研究,涉及经颅磁、电和超声刺激(TMS、tES、TUS)与 EMG、EEG 和 fMRI 相结合。

BEST Toolbox通过与各种记录和刺激设备连接,以分析数据并实时设置刺激参数,从而实现闭环协议实时应用。其不断增长的功能包括例如TMS motor hotpot搜索,自动运动阈值估计,运动诱发电位(MEP)和TMS诱发电位(TEP)的测量,剂量 - 反应曲线,配对脉冲和双线圈TMS,rTMS干预,实时脑电图触发刺激,并发TMS-fMRI等。

详情可访问 http://best-toolbox.org/   了解更多情况。

可参考文献:The Brain Electrophysiological recording & STimulation (BEST) toolbox.   

                   https://doi.org/10.1016/j.brs.2021.11.017


硬件接口


BEST Toolbox目前针对bossdevice firmware relase 2017b sync2brain进行了优化,这是一种数据处理和控制系统,作为Simulink©在高性能计算机系统上实现实时数据流,从各类主流EEG系统接收数字实时数据流。


此外,以下缓冲区的本机实现也是工具箱的一部分。

  • FieldTrip Real-Time Buffer

您可以在github讨论论坛上咨询BEST Toolbox的开发人员,以解决特定硬件接口的问题。


输入输出接口及时间问题


1.1输入设备

bossdevice固件版本2017b和FieldTrip Real-Time Buffer反过来又允许BEST工具箱与各种硬件和流媒体平台接口。包括各类主流神经信号采集系统。


1.2输出设备

BEST Toolbox与MAGIC工具箱 (https://github.com/nigelrogasch/MAGIC)和NeuroFUS API (https://github.com/umair-hassan/neurofus-api) 与包括Magstim磁刺激DuoMag磁刺激在内的主流磁刺激系统及NeuroFUS经颅超声刺激系统连接,并通过API来设置设备参数及交互控制。此外,它还可以触发任何可以接收TTL输入触发的刺激装置。


1.3导航设备

支持与红外光学神经影像导航定位系统结合通讯和记录用于TMS和TUS超声刺激器换能器的位置等信息,同时支持指导用户或兼容的磁刺激专用机器人系统(例如TMS-Cobot,Axilum)下一步将刺激设备放置在何处。


1.4 时间复杂度

同步处理及闭环刺激等实验涉及非常复杂的时间控制,BEST Toolbox兼容高精度设备和低精度设备,并为此提供了各类优化和控制。


协议设计模块


BEST Toolbox包括了协议设计模块,提供了几个高级功能来配置标准 NIBS 协议(特别是 TMS-EMG),例如热点搜索、阈值估计、刺激-响应曲线、兴奋性测量(例如,MEP、ERP 和 TEP),以及皮质内和皮质间相互作用(成对脉冲和双线圈协议)。下面是一些最常用的协议函数。

  1. Hotspot search

  2. Threshold estimation

  3. MEP stimulus-response curve

  4. MEP measurement

  5. TEP measurement

  6. rTMS interventions

  7. ERP measurement

  8. Resting-state EEG measurement

  9. Concurrent TMS-fMRI

  10. TUS parameter planning

其中TUS参数设置部分,BEST toolbox支持用户确定和正确设置聚焦经颅超声刺激 (TUS) 实验所需的多个相互依赖的超声参数,并相应地配置 NeuroFUS Pro经颅超声刺激系统(BrainBox,UK)