脑磁图(MEG)和脑电图(EEG)是神经科学中广泛使用的非侵入性脑功能成像技术,具有毫秒级的时间分辨率,能够动态捕捉大脑认知过程的神经活动。然而,如何从头皮表面记录的信号准确推断大脑内部的电活动分布,即所谓的源定位或逆问题求解,是神经电生理分析中的核心难题。
Brainstorm是一个由南加州大学与法国国家健康与医学研究院联合开发的开源MEG/EEG分析平台,专注于提供从数据导入、预处理、源定位到统计分析和可视化的完整工作流程。其基于图形用户界面,极大地方便了医学和心理学背景的研究者使用,无需依赖命令行操作。
Brainstorm的核心功能包括:
- 完整的分析流程:支持多种数据格式导入,涵盖预处理、滤波、伪迹去除、事件相关电位分析、源定位及统计分析。
- 多样化的源定位算法:包括最小范数估计(MNE)、标准化LORETA(sLORETA)、动态统计参数映射(dSPM)、Beamformer等先进方法。
- 与FreeSurfer无缝集成:可利用FreeSurfer生成的高分辨率皮层表面模型作为源空间,提升定位精度。
- 交互式三维可视化:支持皮层激活图、时频分析图、功能连接矩阵等多维度展示。
- 基于MATLAB开发:所有功能均可通过MATLAB脚本扩展,满足高级用户定制需求。
系统要求:
- MATLAB R2018b及以上版本,需安装Image Processing Toolbox和Statistics and Machine Learning Toolbox。
- 建议配置至少16GB内存以保证数据处理流畅。
- 独立显卡虽非必需,但有助于提升三维可视化性能。
安装与配置:
- 访问Brainstorm官方网站下载最新版本(约500MB压缩包)。
- 解压至无中文路径的目录(如C:\brainstorm3)。
- 启动MATLAB,切换至Brainstorm目录,在命令窗口输入
brainstorm启动软件。 - 首次启动时,设置数据库存储路径(建议非系统盘),选择默认在线数据库镜像(USC服务器),并下载解剖模板(如ICBM152、Colin27)。
对于不便本地安装MATLAB的用户,EBRAINS平台提供Brainstorm的云端托管版本。用户可登录ebrains.eu,进入Collaboratory,添加Brainstorm应用,启动预装软件的远程桌面会话。云端与本地版本功能一致,区别仅在于数据存储位置。
核心概念:Protocol
在Brainstorm中,Protocol是管理实验项目的最高层级单位,包含三类数据:
- Anatomy:用于构建头模型的MRI解剖数据。
- Functional:功能性脑电/脑磁数据,如MEG、EEG、SEEG等。
- Study:将功能数据与特定解剖条件关联的分析步骤。
创建Protocol的步骤:
- 点击菜单栏“File” → “Create new protocol”。
- 为Protocol命名(例如“Auditory_N170”)。
- 选择默认解剖模板,推荐使用“ICBM152”。
本教程后续章节将详细介绍数据预处理、事件标记、源模型构建、源定位算法选择、统计分析及结果可视化等关键步骤,助力科研人员高效开展MEG/EEG数据分析。