基于MNE-Python的脑电数据分析

MNE-Python是一款强大的开源EEG/MEG分析工具,对比EEGLAB,它无需Matlab且对初学者更友好。本文介绍了MNE-Python的安装,包括使用Anaconda,并详细讲解了数据结构Raw的使用,包括按索引和名称提取数据。

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关键词:脑电、数据分析、Python、MNE、神经科学

MNE(https://mne.tools/stable/index.html)是一款开源的主要用于EEG/MEG分析、处理和可视化的python工具包。遵循BSD BSD-license协议,由Harvard大学牵头,社区共同开发。主要的功能包括:EEG/MEG信号的预处理和降噪、时频分析、功能连接、溯源分析、统计分析等等。同时,MNE的读取功能也是非常的强大,它可以读取大部分常见的生理信号的原始数据格式,比如.edf、. cnt、.dbf、.vhdr、.set等,MNE默认的格式为.fif。

MNE-python相对EEGLAB有什么优势?

■ EEGLAB是一个Matlab的工具箱(Toolbox),主要用来处理EEG(脑电图)和MEG(脑磁图)以及其它的连续且事件相关的电生理信号。EEGLAB本身是一个开源的免费软件,但是EEGLAB必须基于Matlab平台(7.0及以上版本),而正版的Matlab是收费并且价格不菲。Python是开源的,同时python被认为是一门通用的程序设计语言, 既有函数式语言的简单性也有面向对象语言的灵活性,对初学者非常友好。

■ MATLAB是一门高级的科学计算程序语言,Python的一些扩展程序包的出现让Python变得非常适用于科学计算,比如:Python在数据清洗、分析、可视化等方面都有丰富的库:Pandas/Numpy/Matplotlib等。

因此,我们

### 使用 MNE-Python 进行 EEG 信号处理 #### 导入必要的库并加载数据 为了演示如何使用 `mne-python` 处理 EEG 数据,下面是一个简单的例子来展示基本操作: ```python import mne from mne.datasets import sample data_path = sample.data_path() raw_fname = data_path + '/MEG/sample/sample_audvis_raw.fif' raw = mne.io.read_raw_fif(raw_fname, preload=True) # 显示原始数据信息 print(raw.info) ``` 这段代码展示了如何导入所需的模块以及读取 FIF 文件格式的数据集[^1]。 #### 预处理:滤波与重采样 预处理阶段通常包括应用带通滤波器和调整采样率以适应后续分析需求: ```python # 设置低频截止频率为0.5Hz,高频截止频率为70Hz raw.filter(0.5, 70., fir_design='firwin') # 将采样率降为250 Hz raw.resample(sfreq=250.) ``` 此部分通过设置合适的参数实现了对原始数据的有效过滤和重采样。 #### 去噪:利用 ICA 方法去除伪迹 独立成分分析(ICA)是一种常用的去噪技术,在这里用于识别并移除由眼动引起的伪影: ```python ica = mne.preprocessing.ICA(n_components=20, random_state=97, max_iter=800) ica.fit(raw) # 查看各个ICs的时间序列图及其对应的地形分布图 ica.plot_sources(raw, show_scrollbars=False) # 手动标记需要排除的组件编号列表 exclude = [0, 2] # 应用到 raw 对象上去掉选定 IC 组件的影响 ica.apply(raw, exclude=exclude) ``` 上述过程说明了怎样运用 ICA 技术检测异常源,并将其从最终结果中剔除出去[^4]。 #### 可视化处理后的数据 最后可以绘制一些图表以便直观理解经过各种变换之后的数据特征: ```python # 创建一个新的 figure 窗口显示修改过的 raw 数据片段 raw.plot(duration=5, n_channels=30, scalings=dict(eeg=20e-6)) ``` 以上就是基于 `mne-python` 的典型 EEG 信号处理流程概述。每一步都紧密围绕着具体的应用场景展开讨论,旨在提供清晰易懂的操作指南。
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