大規模な心電気生理学的データセットからの自動機能抽出

理論的根拠：電気発生細胞からの活動電位の長期記録のための新しい多電極アレイベースのアプリケーションは、健康と疾患におけるエキサイティングな心臓電気生理学研究を可能にします。数百の同時電極記録が数日間にわたって取得されているため、主な課題は信頼できる信号識別と定量化を達成することになります。 目的：テラバイトサイズの実験結果から高品質の活動電位の領域を自動的に抽出できるアルゴリズムを開発し、活動電位の列を分析のための低次元の特徴スペースにマッピングすることに着手しました。 方法と結果：私たちの自動セグメンテーションアルゴリズムは、電気生理学的測定値の大規模なデータセットで許容可能な活動電位の領域を見つけます。スペクトルメソッドとサポートベクトルマシンを使用して、読み取りを分類し、関連する機能を抽出します。同じ細胞部位からの活動電位は、細胞膜に有害な影響を与えることなく、数日間にわたって記録できることを示すことができます。24時間離れた測定間の変動は、単一の時点での特徴の自然な変動に匹敵します。 結論：私たちの研究は、発達的、病理学的、薬理学的研究だけでなく、心筋細胞の機能成熟に対する非侵襲的アプローチに貢献しています。ヒト由来の心臓モデル組織には、そのドナーの遺伝的構成があるため、個々の薬物毒性スクリーニングのための強力なツールが現れます。

RATIONALE: A new multi-electrode array-based application for the long-term recording of action potentials from electrogenic cells makes possible exciting cardiac electrophysiology studies in health and disease. With hundreds of simultaneous electrode recordings being acquired over a period of days, the main challenge becomes achieving reliable signal identification and quantification. OBJECTIVE: We set out to develop an algorithm capable of automatically extracting regions of high-quality action potentials from terabyte size experimental results and to map the trains of action potentials into a low-dimensional feature space for analysis. METHODS AND RESULTS: Our automatic segmentation algorithm finds regions of acceptable action potentials in large data sets of electrophysiological readings. We use spectral methods and support vector machines to classify our readings and to extract relevant features. We are able to show that action potentials from the same cell site can be recorded over days without detrimental effects to the cell membrane. The variability between measurements 24 h apart is comparable to the natural variability of the features at a single time point. CONCLUSIONS: Our work contributes towards a non-invasive approach for cardiomyocyte functional maturation, as well as developmental, pathological and pharmacological studies. As the human-derived cardiac model tissue has the genetic makeup of its donor, a powerful tool for individual drug toxicity screening emerges.