EEG-BIDS数据结构

BIDS Hands On

Posted by 陈锐CR on February 25, 2021 | 阅读

EEG-BIDS数据结构

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最近遇到一个客户的问题,他使用的是EGI的设备采集的脑电数据,却想用neuroscan的curry软件来进行分析,这就需要涉及到转格式的问题。每个设备都有自己的脑电数据格式,比如,EGI的常见格式.mff、.raw等;scan的格式.cnt、.dat等;BP的格式.eeg等,我们可以想象还有其它脑电设备的格式均不相同,那么如果我想用其它软件来分析将会非常麻烦,有人会说,使用强大的EEGLAB就可以,的确,这是一种方案,但是如果是想使用其它软件,那么就需要转换成能识别的格式,同时还需要保证其数据结构是能通用的才可。

我在之前的文章中有分享过一些共享的数据网站,比如非常有名的https://openneuro.org/,这个网站有多种数据类型的数据集,A free and open platform for sharing MRI, MEG, EEG, iEEG, and ECoG data,当然还有其它的网站,可参考《EEG / ERP数据可免费公开下载(2020年更新)》和《开源脑成像数据集网站》。那么这些数据集的格式是怎么管理的呢?答案是BIDS。

什么是脑成像数据结构(BIDS)

BIDS(脑成像数据结构)是用于神经成像和相应行为数据的组织和描述的标准格式,在神经成像社区中一直很难有统一的数据结构。更具体地说,来自扫描程序的数据将转换为NIFTI和JSON文件,并组织为特定的目录架构,并按照精确的命名约定进行标记。结果是一个有组织的数据集,可以很容易地被其他研究人员共享和理解。最初是为MRI数据开发的,现在在EEG数据上也有EEG-BIDS数据结构。

BIDS的好处
  1. 再现性和数据共享:研究人员可能会遇到的一个非常常见的问题,从其他人那里收到数据,往往会因为数据的命名和组织方式不同而无从下手,重新查找相关信息和问询将非常耗时。但是,由于BIDS的标准化格式,大大减轻了数据共享的可读性。
  2. 根据BIDS数据结构的数据集被越来越多的数据分析软件包可读取数据
  3. 公开共享数据,则可以最大程度地减少额外时间和精力。
脑电图BIDS数据结构

BIDS-EEG数据的扩展严格遵循通用BIDS规范。BIDS指定了从各个方面来存储EEG文件(首选格式为.edf,然后是其它数据格式),除了EEG文件本身之外,BIDS还指定了要存储的文件结构和元数据。例如,对于每个被试,将存在一个包含以下元素的目录:

  • 每个会话的EEG原始数据(欧洲数据格式.edf和BrainVision核心数据格式是官方类型,但首选.edf)
  • 每个会话记录的任何其他方式的原始数据(例如EOG)
  • 列出保存为“ events.tsv”标记文件、“ channels.tsv”通道文件或“ electrodes.tsv”电极的文件
  • 提供坐标系统文件的Json文件“ coordsystem.json”。
  • 其他元数据文件以json格式(.json)详尽指定实验任务和EEG记录系统的所有详细信息
  • 一个刺激目录(如果是实验的一部分)
  • 一个代码目录,用于复制任何必需的数据转换和预处理。

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特殊注意事项

1、为了容纳更多的科学受众并促进采用,EEG-BIDS标准还允许两种“非官方”常用数据格式:MATLAB工具箱EEGLAB 使用的格式(“ .set”和“ .fdt”文件)以及Biosemi格式(“ .bdf”)

2、电极与通道。EEG电极是附着在皮肤上的接触点,通道是模拟差分放大器和模数转换器的组合,导致电位(电压)差存储在EEG数据集中。通常,“参考”和“接地”电极不应称为通道,而应仅称为电极。一些系统(例如Biosemi)具有活动的浮动参考,而对于其它大多数系统,电极上的电位既不被放大也不被记录。对于EEG-BIDS,研究人员必须指定“ channels.tsv”文件,并可以另外指定“ electrodes.tsv”文件和随附的“ coordsystem.json”文件。

3、基准点与解剖学界标。(i)基准点是具有明确定义的位置的对象,用于促进电极的定位以及与其他几何数据(例如参与者自己的T1加权磁共振头)的共配准图像,T1加权模板头部图像或球形头部模型。常用的基准点是在解剖MR图像中清晰可见的维生素E药丸,或用红外光学跟踪系统定位的反射球。(ii)另一方面,解剖学界标定义了研究对象(例如,鼻孔)的位置,鼻孔是人类头骨的额骨和两个鼻骨的交集。基准通常与解剖学界标结合使用。

软件支持的工具

作为BIDS项目的一部分,可以使用“ bids-validator”(一种以命令行版本在本地运行(使用Node.js)或在Internet浏览器中运行的JavaScript应用程序)验证符合EEG-BIDS标准格式的数据集。https://bids-standard.github.io/bids-validator/

可以查看该GitHub:https://github.com/bids-standard

BIDS对EEG数据集的挑战

EEG的悠久历史,多功能性和多种应用使其成为一种数据和方法丰富的技术,目前由许多EEG硬件制造商和型号,预处理方法、参考选择等问题难以统一,因此通常需要各种脚本才能将数据从制造商格式转换为BIDS格式。尽管相对于其它神经影像学方法而言,EEG数据的转换数据格式和组织数据结构的任务非常麻烦,但值得付出努力。只有融合标准化的数据格式和结构,甚至于标准化的处理步骤,它将能帮助EEG发挥更大的作用。

BIDS参考资料

Pernet, C.R., Appelhoff, S., Gorgolewski, K.J. et al. EEG-BIDS, an extension to the brain imaging data structure for electroencephalography. Sci Data 6, 103 (2019). https://doi.org/10.1038/s41597-019-0104-810.1038/s41597-019-0104-8

https://bids.neuroimaging.io/index.html –BIDS格式网站

https://www.fieldtriptoolbox.org/example/bids_eeg/ –读取fieldtrip中BIDS格式的方法

https://github.com/mne-tools/mne-bids –读取MNE中BIDS格式的工具

https://github.com/bids-standard/bids-starter-kit –BIDS格式转换工具

https://osf.io/u4d9t/ –EEG-BIDS格式的介绍

https://bids-specification.readthedocs.io/en/stable/index.html脑成像数据结构


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本文作者:陈锐

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