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neurokit2

数据与分析

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更新于 10-16 03:58

技能介绍

NeuroKit2 是一个用于处理与分析生理信号(生物信号)的综合性 Python 工具包,适用于心理生理学研究、临床应用以及人机交互研究。它可处理心血管、神经、自主神经、呼吸与肌肉等多个系统的信号。

用途与适用场景 该技能适用于以下工作:心脏信号(ECG、PPG、心率变异性 HRV、脉搏分析);脑信号(EEG 频段、微状态、复杂度、源定位);自主神经信号(皮肤电活动 EDA/GSR、皮肤电反应 SCR);呼吸信号(呼吸频率、呼吸变异性 RRV、单位时间容积);肌肉信号(EMG 振幅、肌肉激活检测);眼动追踪(EOG、眨眼检测与分析);多模态整合(同时处理多个生理信号);复杂度分析(熵测度、分形维数、非线性动力学)。

核心能力

  1. 心脏信号处理(ECG/PPG):主要工作流包括 ECG 处理管线(清洗 → R 波峰检测 → 描绘 → 质量评估)、跨时域/频域/非线性域的 HRV 分析、PPG 脉搏分析与质量评估、ECG 衍生呼吸提取。

  2. 心率变异性分析:支持时域(SDNN、RMSSD、pNN50、SDSD 及其衍生指标)、频域(ULF、VLF、LF、HF、VHF 功率与比值)、非线性域(Poincaré 图 SD1/SD2、熵测度、分形维数),以及专门指标(呼吸性窦性心律不齐 RSA、递归量化分析 RQA)。

  3. 脑信号分析(EEG):频段功率分析(Delta、Theta、Alpha、Beta、Gamma)、通道质量评估与重参考、源定位(sLORETA、MNE)、微状态分割与转换动力学、全局场功率与差异度测量。

  4. 皮肤电活动(EDA):信号分解为紧张性与相位性成分、皮肤电反应(SCR)检测与分析、交感神经系统指数计算、自相关与变点检测。

  5. 呼吸信号处理(RSP):呼吸频率计算与变异性分析、呼吸振幅与对称性评估、单位时间呼吸容积(fMRI 应用)、呼吸振幅变异性(RAV)。

  6. 肌电(EMG):肌肉激活检测与振幅分析。

  7. 眼电(EOG):眼动与眨眼模式分析,可提取眨眼特征。

  8. 通用信号处理:滤波(低通、高通、带通、带阻)、分解(EMD、SSA、小波)、波峰检测与校正、功率谱密度估计、信号插值与重采样、自相关与同步性分析。

  9. 复杂度与熵分析:熵(Shannon、近似、样本、排列、谱、模糊、多尺度)、分形维数(Katz、Higuchi、Petrosian、Sevcik、相关维数)、非线性动力学(Lyapunov 指数、Lempel-Ziv 复杂度、递归量化)、DFA(去趋势波动分析、多重分形 DFA)、信息论(Fisher 信息、互信息)。

  10. 事件相关分析:从事件标记创建分段(epoch)、事件相关平均与可视化、基线校正选项、含置信区间的大平均计算。

  11. 多信号整合:通过统一输出同时处理多个生理信号。

分析模式 NeuroKit2 根据数据时长自动在两种分析模式间选择:事件相关分析(小于 10 秒),分析刺激锁定的反应,基于分段切分,适合离散试次的实验范式;区间相关分析(大于等于 10 秒),刻画较长时间段内的生理模式,适用于静息态或连续活动,适合基线测量与长期监测。大多数 *_analyze() 函数会自动选择合适的模式。

使用方式 安装命令: uv pip install neurokit2

开发版本安装: uv pip install https://github.com/neuropsychology/NeuroKit/zipball/dev

典型工作流包括:快速 ECG 分析(内置 ecg_simulate 生成示例数据,经 ecg_process 处理,再用 hrv 分析 HRV 并可视化);多模态分析(用 bio_process 同时处理 ECG、RSP、EDA 等信号,再用 bio_analyze 统一分析);事件相关电位分析(用 events_find 查找事件,用 epochs_create 创建分段,再按信号类型调用 ecg_eventrelated、eda_eventrelated 等)。

参考资料与资源 该技能包含按信号类型与分析方法组织的参考文档:ecg_cardiac.md、hrv.md、eeg.md、eda.md、rsp.md、ppg.md、emg.md、eog.md、signal_processing.md、complexity.md、epochs_events.md、bio_module.md,可按需加载以获取详细函数文档与参数。

官方文档:https://neuropsychology.github.io/NeuroKit/ GitHub 仓库:https://github.com/neuropsychology/NeuroKit 参考文献:Makowski et al. (2021). NeuroKit2: A Python toolbox for neurophysiological signal processing. Behavior Research Methods. https://doi.org/10.3758/s13428-020-01516-y

限制说明 关于该工具包的性能指标、收费模式与价格信息,资料中暂未提供。