fiNCAN Lab - Yazılım

Yazılım

EEG Kayıt ve AnalizBrainVision Recorder ve Analyzer, EEG (Elektroensefalografi) ve MEG (Manyetoensefalografi) verilerinin kaydedilmesi, işlenmesi ve analiz edilmesi için kullanılan araçlardır. BrainVision Recorder, EEG ve MEG verilerinin yüksek kaliteli bir şekilde kaydedilmesini sağlar. Çok kanallı kayıt imkanı sunar ve aynı anda birden fazla veri kaydetme özelliğine sahiptir. Bu yazılım ayrıca, veri dosyalarını farklı biçimlerde dışa aktarma ve kaydedilmiş verilerin online ve offline filtreleme özelliğine de sahiptir.
BrainVision Analyzer, kaydedilen verilerin görselleştirilmesi, veri düzenleme, veri filtreleme, zaman çözünürlüğü geliştirme, spektral analiz, etkinlik analizi, kaynak analizi, 3B görselleştirme, veri istatistikleri ve diğer birçok analitik işlevi içerir. Ticari bir yazılım olan Analyzer'ın yanı sıra, araştırmacılar bu verilerin analizi için sıklıkla açık kaynaklı EEGLAB, FieldTrip ve Brainstorm gibi Matlab tabanlı araç kutularını da kullanmaktadır.
Açık kaynaklı bu alternatifler, araştırmacılara EEG ve MEG verilerini analiz etme ve sonuçları yorumlama olanağı sağlar. Bu yazılımlar ayrıca, veri dosyalarını farklı biçimlerde dışa aktarma, veri tabanı oluşturma ve sonuçları kolayca paylaşma özelliğine de sahiptir. Araştırmacılar, bu yazılımları kullanarak beyin aktivitesi hakkında daha iyi bir anlayışa sahip olabilirler ve beyin aktivitesi ile ilgili farklı araştırmalar yapabilirler.
EEG işlemleri için bir rehber olarak şu makaleye bakınız.

Göz İzleme Kayıt ve AnalizEyeLink 1000 Plus cihazımızın uyaran sunumu, kayıt ve analizi için özel yazılımları bulunmaktadır. SR Research, göz izleme sistemleri geliştiren bir şirkettir. Şirketin sunduğu yazılım paketleri, göz izleme verilerinin toplanması, işlenmesi ve analizi için tasarlanmıştır. Aşağıda SR Research'in sunduğu bazı yazılım paketleri ve işlevleri hakkında bilgi verilmiştir:

Experiment Builder: Bu yazılım paketi, göz izleme deneylerinin tasarlanması ve yürütülmesi için kullanılır. Araştırmacılar, bu yazılım aracılığıyla göz izleme, sinyal işleme ve veri analizi için özel deneyler oluşturabilirler.
Data Viewer (EyeLink Data Viewer): Bu yazılım paketi, EyeLink göz izleme verilerinin görüntülenmesi, analizi ve raporlanması için kullanılır. Araştırmacılar, bu yazılım aracılığıyla göz hareketleri, pupilometri, fiksasyon, sakkad ve yavaş izleme (smooth pursuit) hareketleri gibi bir dizi göz izleme verisini analiz edebilirler.

Uyaran sunumu için e-Prime veya PsychoPy da kullanılmakla birlikte cihazın kendi yazılımı Experiment Builder oldukça işlevseldir. fiNCAN'da SR Research yazılımları yanında e-Prime Extention ile entegre kayıt alabilmekteyiz.
Göz İzleme (Eye Tracker) eğitim videoları için tıklayınız.

fNIRS Kayıt ve Analiz

fNIRS (fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi) alanında önemli şirketlerden biri olan NIRx (labımızda NirSport kullanmaktayız), araştırma iş akışının farklı aşamalarına (deney tasarımı, veri toplama, gerçek zamanlı analiz ve son analiz) hizmet eden entegre bir yazılım ekosistemine sahiptir. (https://nirx.net/software), (https://nirx.net/homepage-working). Temel NIRx yazılımları ve kullanım amaçları şunlardır:

NIRSite (Montaj ve Prob Yerleşim Yazılımı)

Bir fNIRS deneyine başlamadan önce ışık kaynaklarının (sources) ve dedektörlerin (detectors) kafatası üzerinde nereye yerleştirileceğinin tasarlanması gerekir. Bu yazılım uluslararası 10-5 veya 10-20 EEG sistemlerine uygun kafa başlığı (cap) konfigürasyonları ve montajları oluşturmanızı sağlar. Hem yetişkin hem de bebek kafa modellerini (MNI atlasları) destekler. Kısa mesafe kanallarını (short-distance channels) otomatik hesaplar ve hazırladığınız bu yerleşim planını doğrudan veri toplama yazılımlarına (Aurora veya NIRStar) aktarır. (https://nirx.net/file-formats), (https://fnirs.org/resources/data-analysis/software/)

NIRStim (Uyaran Sunum Yazılımı)

NIRStim, fNIRS deneyleri için özel olarak optimize edilmiş bir uyarım sunumu ve deney tasarımı yazılımıdır. PsychoPy, E-Prime veya Psychtoolbox gibi genel amaçlı yazılımların fNIRS ekosistemine doğrudan entegre edilmiş, anahtar teslim (turnkey) bir versiyonu olarak düşünülebilir. Temel işlevleri ve özellikleri şunlardır:

Hassas Tetikleyici ve Senkronizasyon (Triggering / Event Marking): fNIRS ölçümlerinde hemodinamik yanıtın başladığı ve bittiği anların kaydedilmesi esastır. NIRStim, NIRx kayıt yazılımlarına (NIRStar veya Aurora) ve donanımına (NIRSport, NIRSport 2, NIRScout) paralel port (TTL), seri port veya ağ protokolleri üzerinden mikrosaniye düzeyinde hassas zaman damgalı tetikleyiciler (event marker) gönderir.

Hemodinamik Yanıta Özgü Blok ve Olay Tasarımları: fNIRS sinyalinin yavaş zamansal dinamikleri (ör. 4–6 saniyelik hemodinamik gecikme, taban çizgisine dönüş süreleri) göz önüne alınarak blok desen (block-design) ve olaya ilişkili (event-related) protokollerin yapılandırılmasını kolaylaştırır.

Çoklu Modalite Uyumluluğu: Eşzamanlı fNIRS-EEG veya fNIRS-Göz İzleme (Eye-tracking) kayıtlarında ortak tetikleme sinyalleri ileterek cihazlar arası zamansal kaymayı (drift) önler.

Hazır fNIRS Paradigma Kütüphanesi: Motor, bilişsel ve duygusal süreçleri ölçen yaygın testleri hazır şablonlar olarak sunar. Örneğin:

Motor Görevler: Parmak vurma (Finger Tapping)
Yürütücü İşlevler ve Dikkat: Stroop Görevi, N-Back Görevi, Go/No-Go
İşitsel/Görsel Paradigmlar: Oddball görevleri

NIRStar (Veri Toplama Yazılımı - Kayıt Aşaması)

NIRStar, laboratuvardaki fNIRS cihazı (özellikle kablolu/büyük sistem olan NIRScout) ile bilgisayar arasında köprü kuran canlı kayıt yazılımıdır. Görevi, deney esnasında beyinden gelen sinyalleri yakalamak ve kaydetmektir. Katılımcı laboratuvara geldiğinde, başlık takıldığında ve deney başladığı esnada kullanılır. Çıktısı olarak analize hazır, ham veri dosyaları üretir (genellikle .wl, .evt, .inf uzantılı ham NIRx formatları).

Ana Görevleri:

Sinyal Kalitesi Kontrolü (Calibration): Deney başlamadan önce ışık kaynaklarının kafa derisine tam oturup oturmadığını test eder. Kanalların kalitesini yeşil (mükemmel), sarı (idare eder) veya kırmızı (kötü sinyal) olarak göstererek sizi uyarır.

Gerçek Zamanlı Görselleştirme: Deney sırasında deneğin oksi-hemoglobin (HbO) ve deoksi-hemoglobin (Hb) dalgalanmalarını ekranda canlı grafik olarak çizdirir.

Tetikleyici (Trigger) Yönetimi: Deney protokolünüzdeki uyaranları (örneğin ekranda bir resim gösterildiği anı) milisaniyelik hassasiyetle fNIRS verisinin üzerine işaretler (event marker).

Aurora fNIRS (Yeni Nesil Veri Toplama Yazılımı - Kayıt Aşaması)

NIRStar'ın daha eski nesil cihazlar için (NIRScout) olduğunu düşünürsek, Aurora tamamen modern ve taşınabilir sistemler için geliştirilmiştir. Dolayısıyla NIRx'in giyilebilir ve kablosuz sistemi olan NIRSport 2 cihazı için tasarlanmış veri toplama yazılımıdır. Cihaza Wi-Fi veya USB ile bağlanır. Deney başlamadan önce sinyal kalitesini otomatik olarak optimize eden algoritmalara sahiptir. Gerçek zamanlı olarak oksi-hemoglobin (HbO) ve deoksi-hemoglobin (Hb) konsantrasyon değişimlerini görselleştirir. (https://brainlatam.com/knowledge-base/aurora-fnirs-nirsport-2-acquisition-software.-how-acquire-data-with-nirs-222)

nirsLAB (Veri Analiz Yazılımı - Deney Sonrası Aşama)

NIRStar veya Aurora ile kaydedilmiş olan ham verileri işlemek, temizlemek ve istatistiksel sonuçlar üretmek için kullanılan analiz yazılımı nirsLAB'tır. MATLAB tabanlı bir altyapıya sahiptir ancak kod yazmayı bilmeyen araştırmacılar için pencerelerden oluşan bir arayüz sunar. Deneyler tamamen bittikten sonra, laboratuvardan çıkıp ofisinize geçtiğinizde (makale yazım aşamasında) kullanılır.

Ana Görevleri:

Gürültü Temizleme (Preprocessing): Deneğin deney sırasında kafasını oynatmasından kaynaklanan bozulmaları (motion artifacts), kalp atışı ve nefes alıp verme gibi beyin aktivitesi dışındaki fizyolojik gürültüleri filtreler.

Hemodinamik Dönüşüm: Ham ışık verilerini (optical density), beynin oksijen tüketimini gösteren konsantrasyon değerlerine (Molar konsantrasyon: HbO ve Hb) çevirir.

İstatistiksel Analiz (GLM): Genel Doğrusal Model (General Linear Model) kullanarak, beynin hangi bölgesinin hangi uyarana karşı anlamlı şekilde aktifleştiğini (p-değerleri ile) hesaplar.

Beyin Haritalama (Mapping): Elde edilen istatistiksel sonuçları 2 boyutlu veya 3 boyutlu bir beyin modeli (MNI şablonu) üzerine yansıtarak, aktifleşen alanları renkli ısı haritaları şeklinde görselleştirir. Makalelerinizde kullanacağınız beyin görsellerini buradan alırsınız.

Satori fNIRS (Gelişmiş Grafiksel Analiz Yazılımı - Deney Sonrası Aşama)

Brain Innovation firması ile ortaklaşa geliştirilen ve nirsLAB'a göre çok daha modern, kullanıcı dostu bir arayüze sahip olan yeni analiz yazılımıdır. (https://brainbox-neuro.com/products/satori-fnirs-software). Kod yazma (MATLAB veya Python) zorunluluğunu tamamen ortadan kaldırarak fNIRS verilerini analiz etmeyi sağlar. Adım adım görselleştirilmiş bir veri işleme hattına (pipeline) sahiptir. GLM (Genel Doğrusal Model) analizi, sinyal ön işleme (preprocessing) ve istatistiksel haritalandırmayı sürükle-bırak kolaylığında sunar. (https://fnirs.org/resources/data-analysis/software/), (https://brainbox-neuro.com/products/satori-fnirs-software)

Turbo-Satori (Gerçek Zamanlı Analiz, BCI ve Nörogeribildirim)

Deney bittikten sonra değil, deney tam o esnada yapılırken beyin sinyallerini gerçek zamanlı analiz etmek için kullanılır. Beyin-Bilgisayar Arayüzleri (BCI) ve Nörogeribildirim (Neurofeedback) çalışmaları için idealdir. Kişinin o anki beyin aktivitesine göre dışarıdaki bir robota veya ekrandaki bir oyuna anlık sinyal gönderebilir. Ekstra bir donanıma ihtiyaç duymadan doğrudan veri toplama sistemlerine entegre olur.

fOLD (Anatomik Landmark Seçici - Üçüncü Parti Destekli)

Probların beyindeki hangi anatomik bölgelere (örneğin Broca alanı, motor korteks vb.) denk geleceğini önceden planlamaya yardımcı olan yardımcı araçtır. MATLAB versiyonu veya bağımsız (standalone) sürümleri bulunur. (https://sites.google.com/view/fnirsresourcemanual/home)

Bununla birlikte verilerin analizi ve görselleştirilmesi için Matlab tabanlı NIRSToolbox, Homer (güncel sürümüyle Homer3) ve AtlasViewer da kullanılmaktadır. Bu araçlar ve diğerleri için şu bağlantıya tıklayınız. fNIRS kayıt ve analizi için şu makaleye bakınız.

Uyaran SunumuDuyusal ve bilişsel süreçlerin ölçülmesi için bilgisayarlar kullanılmaktadır. Bunun için de belli türden uyaranların sunulması, tepkilerin alınması ve kaydedilmesi için yazılımlar geliştirilmiştir. Geliştirilen bu yazılımlardan biri de e-Prime'dır. e-Prime, psikolojik ve nörobilimsel araştırmalarda kullanılan bir deney tasarım ve veri toplama yazılımıdır. Bu yazılım, psikolojik deneylerin tasarlanması, sunulması ve veri toplama aşamalarının yönetilmesi için tasarlanmıştır.
e-Prime, Windows işletim sistemi üzerinde çalışan bir yazılımdır ve deney tasarımı için grafiksel bir arayüze sahiptir. Bu arayüz, deneylerin görsel ve işitsel uyarıcıların tanımlanmasını, görev talimatlarının hazırlanmasını ve deneyin zamanlama ve sıralamasını yapılandırmayı kolaylaştırır. Ayrıca, verilerin toplanması için kullanılacak olan cevap düzenekleri ve deneklerin bilgilerinin kaydedilmesi için de kullanılabilir.
e-Prime, psikolojik deneylerin tasarımı ve veri toplama aşamalarının yanı sıra, verilerin analiz edilmesi ve sonuçların raporlanması için de kullanılabilir. Bu yazılımın veri analizi özellikleri, verilerin basit istatistiksel analizlerinden, çoklu regresyon ve faktör analizlerine kadar çeşitli analizler yapılmasına olanak tanır. e-Prime, psikoloji ve nörobilim araştırmalarında sıkça kullanılan bir yazılımdır. fiCAN'da kullandığımız e-Prime 3.0 versiyonun EprimeGo bileşeniyle online deneyler yapılabilmektedir.
Uyaran sunumu için Presentation, Inquisit, PsychoPy ve OpenSesame gibi Python tabanlı veya bağımsız yazılımlar ve yine Matlab tabanlı Psychtoolbox (Psychophysics Toolbox) bulunmaktadır.

Veri Analizi - Matlab ve PythonMatlab, sinirbilim araştırmalarında sıklıkla kullanılan bir programlama dili ve yazılımıdır. Matlab, beyin aktivitesi analizi, sinyal işleme, veri görselleştirme ve modelleme gibi birçok farklı amaç için kullanılabilir. Elektroensefalogram (EEG), manyetoensefalografi (MEG), manyetik rezonans görüntüleme (MRG/MRI), fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) ve elektrokortikografi (ECoG) gibi tekniklerden elde edilen verilerin analizi için kullanılabilir. Matlab, bu verilerin analizi için geliştirilmiş (EEGLAB, FieldTrip, SPM gibi) birçok fonksiyonel araç seti sunar.
Sinyal işleme açısından, Matlab, sinyal filtreleme, veri örnekleme, sinyal yoğunlaştırma ve Fourier dönüşümü gibi işlemler için kullanılabilir. Sinirbilim araştırmalarında, EEG ve ECoG gibi elektrofizyolojik sinyallerin analizi ve yorumlanması için sıklıkla kullanılır. Veri görselleştirme açısından, Matlab, farklı sinirbilim veri tiplerini görselleştirmek için kullanılabilir. Örneğin, EEG sinyalleri, MRG görüntüleri ve fMRI aktivasyon haritaları, Matlab ile görselleştirilebilir. Matlab, sinirbilim modellerinin oluşturulması ve simülasyonu için de kullanılabilir. Bu modeller, nöronal ağlar, sinirsel hesaplamalar ve davranışsal modeller gibi farklı sinirbilim alanlarında kullanılabilir.
Öte yandan sinirbilim araştırmalarında Matlab ve Python her ikisi de oldukça popüler programlama dilleridir. Hangisinin daha iyi olduğu, kullanım senaryolarına ve kişisel tercihlere bağlı olarak değişebilir. Matlab, matris hesaplamaları, lineer cebir ve sayısal hesaplama gibi işlemlerde özellikle iyi bir performans gösterir. Sinirbilim araştırmalarında özellikle EEG ve ECoG verilerinin analizi için yaygın olarak kullanılır. Ayrıca, Matlab'ın kullanımı genellikle kolaydır ve hızlı prototiplemeye olanak sağlar.
Python ise son yıllarda popülerliğini artırmış ve sinirbilim araştırmalarında da giderek daha fazla kullanılmaktadır. Python, nispeten daha esnek bir programlama dilidir ve açık kaynaklı olduğu için geniş bir topluluk tarafından desteklenir. MNE-Python (EEG/MEG analizi için), Nipype (fMRI için) gibi kütüphaneleriyle sinirbilimde güçlü bir alternatif oluşturur. Özellikle makine öğrenmesi (Scikit-learn, TensorFlow, PyTorch), veri analizi ve yapay zeka gibi konularda güçlü bir şekilde kullanılır. Python, özellikle fMRI verilerinin analizi ve görüntü işleme konularında da yaygın olarak kullanılmaktadır.
Sonuç olarak, Matlab ve Python her ikisi de sinirbilim araştırmalarında kullanılabilecek güçlü programlama dilleridir. Hangisinin kullanılacağı, araştırmacının tercihlerine, bütçesine (Python ücretsizken Matlab lisans gerektirir) ve çalışılan konulara bağlıdır.

Transkraniyal Elektriksel Uyarım (tES) Yazılımları ve Modelleme Araçları

tDCS (Doğru Akım), tACS (Alternatif Akım) veya tRNS (Rastgele Gürültü) uyarımı için cihazın kendi arayüzünün (örn. Neuroelectrics NIC2, Soterix vb.) dışında analiz ve modelleme konseptlerin:

Elektrik Alan (E-Field) Modelleme Yazılımları: Uyarımdan önce akımın beyinde hangi bölgelere ne yoğunlukta ulaşacağını simüle etmek modern tES araştırmalarında standarttır. Bu amaçla MRI verilerini kullanarak kafa modelleri oluşturan SimNIBS (Matlab/Python destekli) veya ROAST (Matlab tabanlı) gibi açık kaynaklı yazılım paketlerinden bahsedilmelidir.
Eşzamanlı (Concurrent) Kayıt ve Kapalı Döngü (Closed-Loop) Sistemler: tES cihazlarının EEG veya fNIRS ile aynı anda (online) kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Beyin dalgalarının fazına veya frekansına göre uyarım parametrelerinin anlık olarak değiştirildiği kapalı döngü sistemlerden ve uyarım artefaktlarının EEG/fNIRS verisinden temizlenmesi algoritmaları (Matlab/Python kütüphaneleri) kullanılmaktadır.

Sanal Gerçeklik (VR) Deney Tasarımı ve Entegrasyonu

VR kullanımı, geleneksel bilgisayar ekranındaki uyaran sunumundan (e-Prime, PsychoPy) çok daha farklı bir yazılım mimarisi gerektirir:

Oyun Motorları (Game Engines): E-Prime veya Presentation üç boyutlu uzamsal görevler için yetersiz kalır. Bu nedenle, VR ortamında deney tasarımı yapmak için araştırmacıların Unity 3D (C# tabanlı) veya Unreal Engine (C++ ve Blueprint tabanlı) gibi motorları veya WorldViz Vizard (Python tabanlı) gibi bilimsel amaçlı VR yazılımları kullanılmaktadır.
Göz İzleme Entegreli VR (Eye-Tracking in VR): HTC Vive Pro Eye veya Varjo gibi modern VR başlıklarının kendi içlerinde göz izleme donanımı barındırdığı ve bu sayede katılımcının üç boyutlu sanal dünyada tam olarak nereye odaklandığının, pupilometrik değişimleri analiz edilebilmektedir.

Çoklu Modalite Senkronizasyonu (En Önemli Ara Yazılım)

EEG, fNIRS, Eye Tracker, tES ve VR cihazları aynı anda kullanıldığında, tüm bu cihazlardan gelen verilerin milisaniye hassasiyetinde birleştirilmesi gerekir.

LSL (Lab Streaming Layer): Laboratuvar ağındaki tüm nörogörüntüleme, fizyolojik kayıt ve uyarım cihazlarının zaman damgalarını (time-stamp) eşzamanlı olarak tek bir dosyada toplayan ve Python/Matlab ile tam uyumlu çalışan LSL sistemi kullanılmaktadır.
Donanımsal Tetikleyiciler (Hardware Triggers): Farklı cihazlar arası senkronizasyon için kullanılan Cedrus StimTracker veya benzeri TTL/LPT port yönlendirici donanımlar kullanılmaktadır (fiNCAN'da şimdilik yok).

Periferik Fizyolojik Ölçümler (Otonom Sinir Sistemi)

Özellikle VR (Sanal Gerçeklik) ortamları ve nöromodülasyon araştırmaları, katılımcıda derin bir "buradalık (presence)" hissi, heyecan, stres veya otonom uyarılma yaratır. Bu nedenle EEG ve fNIRS'e ek olarak:

GSR/EDA (Galvanik Deri İletkenliği)
EKG (Elektrokardiyogram / Kalp Atım Hızı Değişkenliği - HRV)
EMG (Elektromiyogram - Kas aktivitesi)
gibi fizyolojik sinyalleri kaydeden cihazlar (örn. Biopac, Shimmer veya BrainVision eklentileri) kullanılmaktadır. fiNCAN Lab'ta BrainVision'un nabız ve GSR sensörleri kullanmaktayız.

Page updated

Google Sites

Report abuse