MNE开荒纪实

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本人是一枚刚入门python的一年级研究僧,目前的科研的方向准备从MEG的源空间入手做课题,在老师的建议下,开始学习MNE的使用操作,本纪实会从原理和实操准备两个方面对日常科研进行记录,以及复盘实操过程中遇到的一些棘手的问题,一做工作记录,二希望自己踩过的坑能对刚入门mne的新手起到一些参考作用。

一、MNE简介

MNE 软件的名称来源于其全称 Minimum Norm Estimate,即最小范数估计。这种方法用于神经影像学中的脑源活动估计,特别是在脑电图(EEG)和脑磁图(MEG)数据分析中广泛使用。MNE 方法在脑源活动的溯源研究中具有非常重要的优势,特别是其非侵入性、高空间分辨率、多模态应用能力和时间分辨率,使其成为神经科学研究中的重要工具之一。

二、MNE的使用手册

MNE对于我们常用的一些流程,包括预处理、源重建等都能进行精度较高的处理,官网的示例数据处理流程能提供一套基础全面的操作,新手练习能把这一套流程跑通就能获得不少收获了。

新手入门可以优先看官网发布的使用手册:The typical M/EEG workflow — MNE 1.7.1 documentation

清楚了整体的数据处理流程后,官网提供了各个流程的示例数据和python脚本用于演示练习,将示例数据和相关处理步骤的脚本下载整理后,就可以开始我们期待已久的实操练习了。

这里提供一些整理过的练习笔记可用于参考(大脑进货中):

Head-MRI trans-优快云博客

三、MNE的安装

MNE的使用依赖于Python环境, 在安装mne之前需要在电脑中完善好需要的编程环境;

如果需要将MRI转换为头皮、内/外颅骨和皮质表面的模型,还需要安装 FreeSurfer,由于FreeSurfer依赖于Linux系统,之后的演示大部分都围绕Linux实操。

Python的安装和编译可以参考这篇笔记:

Python的安装和编译(windows系统+Linux系统)-优快云博客

FreeSurfer的安装和使用可以参考:

MRI生成模型-trans文件可以参考:Head-MRI trans-优快云博客

Windows系统MNE安装和使用可以参考:

MNE的安装主要有两种方法:安装包和源代码(pip/conda),这里我没有区分系统,下载时请注意下载版本

1.安装包下载安装:

下载链接:MNE-Python installers — MNE 1.7.1 documentation

2.pip安装

首先,确认python环境中是否安装pip工具包

$ pip --version

安装MNE,安装过程中如需其他工具包可以使用pip进行安装后重试这一步

$ pip install mne

3.conda安装

如果电脑中安装了Anaconda,可以在conda环境中安装,conda版本要求23.10.0及以上

$ conda update --name=base conda  # update conda
$ conda --version
$ conda create --channel=conda-forge --strict-channel-priority --name=mne mne

其他详情见官网介绍:https://mne.tools/stable/install/index.html

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### MNE Python 库简介 MNE 是一个用于脑电图 (EEG) 和磁脑图 (MEG) 数据分析的强大工具库,支持多种数据格式并提供丰富的功能来完成预处理、可视化和统计分析等任务。以下是关于其核心概念和基本使用的详细介绍。 --- #### 安装与环境配置 为了顺利使用 MNE-Python 工具库,建议按照以下方式设置开发环境: 1. **安装 Anaconda** 推荐通过 Anaconda 来管理依赖项和虚拟环境[^1]。Anaconda 提供了一个集成化的科学计算平台,简化了复杂包的安装过程。 2. **安装 MNE-Python** 可以通过 `pip` 或者 Conda 渠道安装 MNE-Python。Conda 的命令如下所示: ```bash conda install mne -c conda-forge ``` 3. **验证安装是否成功** 下载 MNE 自带的数据集并通过简单的脚本来测试运行效果。例如加载内置样本数据并绘制头部传感器布局: ```python import mne sample_data_raw_file = mne.datasets.sample.data_path() / 'MEG' / 'sample' / 'sample_audvis_raw.fif' raw = mne.io.read_raw_fif(sample_data_raw_file, preload=True) print(raw.info) raw.plot() ``` 上述代码会打印原始文件的信息,并展示通道分布图。 --- #### 基础操作流程 MNE-Python 的工作流通常分为以下几个阶段: 1. **读取数据** 支持多种 EEG/MEG 文件格式(如 `.fif`, `.edf`, `.bdf`)。可以利用函数 `read_raw_*()` 加载不同类型的文件。 ```python from mne.io import read_raw_edf edf_file = "example.edf" raw = read_raw_edf(edf_file, preload=True) ``` 2. **数据预处理** 预处理步骤可能包括重采样、滤波、去除伪迹等内容。下面是一个常见的低通滤波器应用实例: ```python filtered_raw = raw.copy().filter(l_freq=None, h_freq=40.) ``` 3. **事件标记提取** 从连续信号中识别实验条件对应的触发时间戳。 ```python events, event_id = mne.events_from_annotations(raw) epochs = mne.Epochs(filtered_raw, events, tmin=-0.2, tmax=0.8, baseline=(None, 0)) ``` 4. **数据分析与绘图** 利用 Epoch 对象执行平均化或其他高级算法;同时可生成各种图表辅助理解结果。 ```python evoked = epochs.average() evoked.plot_joint() ``` 上述每一步都对应着特定的功能模块,在实际项目里需依据需求灵活调整参数设定[^2]。 --- #### 特殊领域扩展——近红外光谱成像(fNIRS) 除了传统意义上的神经影像技术外,MNE 还能够应用于 fNIRS 数据解析场景下。具体而言,它允许研究人员导入光学密度变化记录进而重建血氧水平动态特征曲线[^3]。 示例片段演示如何初始化此类对象结构体: ```python from mne_nirs.channels import picks_to_channels nirs_info = {'sfreq': 7., 'lowpass': None} ch_names = ['S1_D1', 'S1_D2'] info = mne.create_info(ch_names=ch_names, sfreq=nirs_info['sfreq'], ch_types='hbo') data = np.random.randn(len(ch_names), int(nirs_info['sfreq'] * 60)) # Simulated data for one minute. raw = mne.io.RawArray(data, info) print(picks_to_channels(range(2), raw.info)) ``` --- ### 总结说明 综上所述,MNE 不仅限于单一模态研究范畴之内,凭借高度定制化的 API 设计满足跨学科协作的需求。无论是初学者还是资深开发者都能从中受益匪浅。
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