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neuropixels-analysis

Analise gravações extracelulares Neuropixels de ponta a ponta com SpikeInterface. Abrange carregamento de dados SpikeGLX/Open Ephys/NWB, pré-processamento, correção de drift/movimento, spike sorting com Kilosort4 (e CPU), métricas de qualidade e curadoria de unidades (baseada em limiares, baseada em modelo UnitRefine e revisão visual assistida por IA). Use ao trabalhar com gravações Neuropixels 1.0/2.0, spike sorting ou análise eletrofisiológica extracelular.

O que é neuropixels-analysis?

Esta skill fornece um kit de ferramentas abrangente para análise de gravações neurais de alta densidade Neuropixels, utilizando as melhores práticas atuais do SpikeInterface, Allen Institute e International Brain Laboratory (IBL). Ela cobre todo o fluxo de trabalho, desde dados brutos até unidades curadas prontas para publicação, suportando hardware como Neuropixels 1.0 e 2.0 e formatos de arquivo como SpikeGLX, Open Ephys e NWB. O fluxo de trabalho inclui pré-processamento (filtragem, remoção de canais ruins, referência comum), correção de drift/movimento, spike sorting com Kilosort4 (recomendado com GPU) ou alternativas de CPU (SpykingCircus2, Mountainsort5, Tridesclous2), computação de métricas de qualidade (SNR, violações ISI, taxa de presença) e curadoria de unidades, que pode ser baseada em limiares, baseada em modelo (UnitRefine) ou assistida por IA. A skill inclui scripts executáveis e um modelo editável, facilitando a implementação direta em cima do SpikeInterface sem a necessidade de pacotes adicionais.

Funciona com✓Claude Code~Codex CLI✓Cursor
npx skills add https://github.com/K-Dense-AI/scientific-agent-skills/tree/main/skills/neuropixels-analysis

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Documentação

Análise de Dados Neuropixels

Visão Geral

Kit de ferramentas para analisar gravações neurais de alta densidade Neuropixels usando as melhores práticas atuais do SpikeInterface, Allen Institute e International Brain Laboratory (IBL). Ele cobre todo o fluxo de trabalho, desde dados brutos até unidades curadas prontas para publicação.

Todos os exemplos usam a API real do SpikeInterface (spikeinterface.full as si) além do módulo de curadoria acompanhante (spikeinterface.curation as sc). A skill fornece scripts executáveis em scripts/ e um modelo copiável e editável em assets/ que implementam este fluxo de trabalho diretamente sobre o SpikeInterface — não há pacote separado para instalar além das dependências listadas em Instalação.

Quando Usar Esta Skill

Esta skill deve ser usada quando:

  • Trabalhando com gravações Neuropixels (arquivos .ap.bin, .lf.bin, .meta)
  • Carregando dados de SpikeGLX, Open Ephys ou formatos NWB
  • Pré-processando gravações neurais (filtragem, referência comum, detecção de canais ruins)
  • Detectando e corrigindo movimento/drift
  • Executando spike sorting (Kilosort4, SpykingCircus2, Mountainsort5, Tridesclous2)
  • Computando métricas de qualidade (SNR, violações ISI, taxa de presença, corte de amplitude)
  • Curando unidades (baseada em limiares, baseada em modelo ou assistida por IA)
  • Criando visualizações e exportando para Phy ou NWB

Hardware e Formatos Suportados

SondaEletrodosCanaisNotas
Neuropixels 1.0960384Use phase_shift para correção ADC
Neuropixels 2.0 (única)1280384Geometria mais densa
Neuropixels 2.0 (4-shank)5120384Gravação multi-região
FormatoExtensãoLeitor
SpikeGLX.ap.bin, .lf.bin, .metasi.read_spikeglx()
Open Ephys.continuous, .oebinsi.read_openephys()
NWB.nwbsi.read_nwb()

Início Rápido

Importar e configurar processamento paralelo

import spikeinterface.full as si

# Os kwargs globais de job são reutilizados por todas as etapas paralelizáveis
si.set_global_job_kwargs(n_jobs=-1, chunk_duration="1s", progress_bar=True)

Carregando dados

# Inspecione os streams disponíveis primeiro
stream_names, stream_ids = si.get_neo_streams("spikeglx", "/caminho/para/run_g0/")
print(stream_names)  # ex.: ['imec0.ap', 'imec0.lf', 'nidq']

# SpikeGLX (mais comum) — selecione o stream AP pelo nome
recording = si.read_spikeglx("/caminho/para/run_g0/", stream_name="imec0.ap", load_sync_channel=False)

# Open Ephys
recording = si.read_openephys("/caminho/para/Record_Node_101/")

# Para iteração rápida, fatie os primeiros 60 s
fs = recording.get_sampling_frequency()
recording_sub = recording.frame_slice(0, int(60 * fs))

Pipeline completo (script incluso)

O repositório fornece um pipeline de ponta a ponta construído sobre o SpikeInterface:

python scripts/neuropixels_pipeline.py /caminho/para/dados/spikeglx output/ --sorter kilosort4 --curation allen

Ele executa carregar → pré-processar → verificar drift → correção de movimento opcional → sorting → pós-processamento → métricas de qualidade → curadoria → exportar. Leia os passos abaixo para executá-los interativamente ou personalizar o pipeline.

Fluxo de Trabalho Padrão de Análise

1. Pré-processamento

Cadeia recomendada, seguindo o guia de como fazer Neuropixels do SpikeInterface (destriping estilo IBL com remoção de canais + referência comum):

rec = si.highpass_filter(recording, freq_min=400.0)
bad_channel_ids, channel_labels = si.detect_bad_channels(rec)
rec = rec.remove_channels(bad_channel_ids)
rec = si.phase_shift(rec)  # Correção de fase ADC (Neuropixels 1.0)
rec = si.common_reference(rec, operator="median", reference="global")

Salve a gravação pré-processada (Kilosort precisa de um arquivo binário e acelera a reutilização):

rec = rec.save(folder="preprocessed/", format="binary")

2. Verificar e corrigir drift

Sempre inspecione o drift antes do sorting:

from spikeinterface.sortingcomponents.peak_detection import detect_peaks
from spikeinterface.sortingcomponents.peak_localization import localize_peaks

noise_levels = si.get_noise_levels(rec, return_in_uV=False)
peaks = detect_peaks(rec, method="locally_exclusive", noise_levels=noise_levels,
                     detect_threshold=5, radius_um=50.0)
peak_locations = localize_peaks(rec, peaks, method="center_of_mass")

# Visualize o raster de drift
si.plot_drift_raster_map(peaks=peaks, peak_locations=peak_locations,
                         recording=rec, clim=(-50, 50))

Aplique correção se necessário (predefinições: rigid_fast, kilosort_like, nonrigid_accurate, nonrigid_fast_and_accurate, dredge, dredge_fast):

rec_corrected = si.correct_motion(rec, preset="nonrigid_fast_and_accurate", folder="motion/")

3. Spike sorting

# Kilosort4 (recomendado, requer uma GPU CUDA)
sorting = si.run_sorter("kilosort4", rec_corrected, folder="ks4_output")

# Alternativas de CPU (desenvolvidas internamente, sem instalação externa)
sorting = si.run_sorter("spykingcircus2", rec_corrected, folder="sc2_output")
sorting = si.run_sorter("tridesclous2", rec_corrected, folder="tdc2_output")
sorting = si.run_sorter("mountainsort5", rec_corrected, folder="ms5_output")

# Sorters externos podem ser executados em contêineres sem instalação local
sorting = si.run_sorter("kilosort2_5", rec_corrected, folder="ks25_output", docker_image=True)

print(si.installed_sorters())

Nota: run_sorter usa o argumento folder=. O argumento mais antigo output_folder= está obsoleto.

4. Pós-processamento

analyzer = si.create_sorting_analyzer(sorting, rec_corrected, sparse=True,
                                      format="binary_folder", folder="analyzer/")

analyzer.compute("random_spikes", method="uniform", max_spikes_per_unit=500)
analyzer.compute("waveforms", ms_before=1.0, ms_after=2.0)
analyzer.compute("templates", operators=["average", "std"])
analyzer.compute("noise_levels")
analyzer.compute("spike_amplitudes")
analyzer.compute("correlograms", window_ms=50.0, bin_ms=1.0)
analyzer.compute("unit_locations", method="monopolar_triangulation")
analyzer.compute("template_similarity")

metric_names = ["firing_rate", "presence_ratio", "snr", "isi_violation", "amplitude_cutoff"]
analyzer.compute("quality_metrics", metric_names=metric_names)
metrics = analyzer.get_extension("quality_metrics").get_data()

5. Curadoria por limiares de métricas

# Consulta estilo Allen (nota: a coluna é isi_violations_ratio)
query = "(amplitude_cutoff < 0.1) & (isi_violations_ratio < 0.5) & (presence_ratio > 0.9)"
good_unit_ids = metrics.query(query).index.values

Para lógica reutilizável de múltiplos limiares com predefinições allen / ibl / strict, use o script incluso scripts/compute_metrics.py. Veja references/AUTOMATED_CURATION.md para detalhes e as ferramentas Bombcell / UnitMatch.

6. Curadoria baseada em modelo (UnitRefine)

O SpikeInterface pode aplicar classificadores de aprendizado de máquina pré-treinados do Hugging Face através do módulo spikeinterface.curation. Os modelos UnitRefine foram treinados em dados reais de Neuropixels (V1, SC, ALM):

import spikeinterface.curation as sc

# 1) ruído vs neural
noise_labels = sc.model_based_label_units(
    sorting_analyzer=analyzer,
    repo_id="SpikeInterface/UnitRefine_noise_neural_classifier",
    trust_model=True,
)
neural = analyzer.remove_units(noise_labels[noise_labels["prediction"] == "noise"].index)

# 2) unidade única (sua) vs multi-unidade (mua) nas unidades sobreviventes
sua_mua_labels = sc.model_based_label_units(
    sorting_analyzer=neural,
    repo_id="SpikeInterface/UnitRefine_sua_mua_classifier",
    trust_model=True,
)

Cada chamada retorna um DataFrame com prediction e probability (confiança) por unidade. trust_model=True (ou uma lista explícita trusted=[...]) é necessário para carregar o modelo .skops — carregue apenas modelos de fontes confiáveis. Modelos treinados em outras áreas cerebrais/conjuntos de dados podem não transferir; valide contra um subconjunto rotulado manualmente.

7. Curadoria assistida por IA (para unidades incertas)

Ao executar dentro de um agente como Cursor ou Claude Code, o agente pode inspecionar diretamente gráficos de waveform/correlograma e fornecer uma leitura especializada — sem necessidade de configuração de API. Gere gráficos e peça ao agente para avaliar a qualidade do isolamento.

Para acesso programático a modelos de visão, leia chaves de API do ambiente — nunca codifique credenciais em scripts de análise (elas vazam para controle de versão e logs):

import os
from anthropic import Anthropic

client = Anthropic(api_key=os.environ["ANTHROPIC_API_KEY"])  # defina isso no seu shell, não no código

Veja references/AI_CURATION.md para o padrão completo (renderizar uma imagem de resumo da unidade, construir o prompt e analisar a resposta).

8. Exportar resultados

# Mantenha apenas as unidades boas, depois exporte
analyzer_clean = analyzer.select_units(good_unit_ids, folder="analyzer_clean/", format="binary_folder")

# Phy para revisão manual
si.export_to_phy(analyzer_clean, output_folder="phy_export/",
                 compute_pc_features=True, compute_amplitudes=True)

# Relatório de figuras
si.export_report(analyzer_clean, "report/", format="png")

# NWB
from spikeinterface.exporters import export_to_nwb
export_to_nwb(analyzer_clean, "output.nwb")

# Tabela de métricas
metrics.to_csv("quality_metrics.csv")

Armadilhas Comuns e Melhores Práticas

  1. Sempre verifique o drift antes do spike sorting — drift > ~10 μm degrada significativamente a qualidade.
  2. Use phase_shift para Neuropixels 1.0 para corrigir offsets de amostragem ADC.
  3. Salve a gravação pré-processada com rec.save(folder=...) para evitar recomputação (Kilosort também precisa de um arquivo binário).
  4. Use uma GPU para Kilosort4 — é muito mais rápido que sorters de CPU.
  5. Revise unidades incertas — a curadoria automatizada/baseada em modelo é um ponto de partida, não um veredito.
  6. Combine abordagens — limiares para casos claros, modelo/IA para unidades limítrofes.
  7. Documente limiares e IDs de repositório de modelos para reprodutibilidade.
  8. Exporte para Phy para experimentos críticos — a supervisão humana é valiosa.

Principais Parâmetros para Ajustar

Pré-processamento

  • freq_min: corte highpass (300–400 Hz típico)
  • detect_bad_channels: retorna (bad_channel_ids, channel_labels)

Correção de Movimento

  • preset: nonrigid_fast_and_accurate (equilibrado), nonrigid_accurate (drift severo), dredge (estado da arte)

Spike Sorting (Kilosort4)

  • batch_size: amostras por lote (60000 padrão)
  • nblocks: blocos de drift (aumente para gravações longas e com drift)
  • Th_universal / Th_learned: limiares de detecção (menor = mais spikes)

Métricas de Qualidade

  • snr: corte de relação sinal-ruído (3–5 típico)
  • isi_violations_ratio: violações refratárias (0.01–0.5)
  • presence_ratio: cobertura da gravação (0.5–0.95)

Recursos Inclusos

scripts/explore_recording.py

Inspeção rápida de uma gravação (streams, canais, duração, canais ruins):

python scripts/explore_recording.py /caminho/para/dados

scripts/preprocess_recording.py

Pré-processamento automatizado:

python scripts/preprocess_recording.py /caminho/para/dados --output preprocessed/

scripts/run_sorting.py

Executar spike sorting:

python scripts/run_sorting.py preprocessed/ --sorter kilosort4 --output sorting/

scripts/compute_metrics.py

Calcular métricas de qualidade e aplicar curadoria:

python scripts/compute_metrics.py sorting/ preprocessed/ --output metrics/ --curation allen

scripts/export_to_phy.py

Exportar para Phy para curadoria manual:

python scripts/export_to_phy.py metrics/analyzer --output phy_export/

scripts/neuropixels_pipeline.py

Pipeline completo de ponta a ponta (veja Início Rápido).

assets/analysis_template.py

Modelo de análise completo e editável. Copie e personalize:

cp assets/analysis_template.py my_analysis.py
# Edite a seção PARAMETERS, depois execute
python my_analysis.py

Guias de Referência Detalhados

TópicoReferência
Fluxo de trabalho completoreferences/standard_workflow.md
Referência da API (SpikeInterface)references/api_reference.md
Guia de plotagemreferences/plotting_guide.md
Pré-processamentoreferences/PREPROCESSING.md
Spike sortingreferences/SPIKE_SORTING.md
Correção de movimentoreferences/MOTION_CORRECTION.md
Métricas de qualidadereferences/QUALITY_METRICS.md
Curadoria automatizada e baseada em modeloreferences/AUTOMATED_CURATION.md
Curadoria assistida por IAreferences/AI_CURATION.md
Análise de waveformreferences/ANALYSIS.md

Instalação

Requer Python ≥ 3.10. O uso de uv é recomendado.

# Pacotes principais (SpikeInterface inclui as ferramentas de curadoria/modelo)
uv pip install "spikeinterface[full]" probeinterface neo

# Spike sorters
uv pip install kilosort          # Kilosort4 (requer GPU CUDA)
uv pip install spykingcircus     # SpykingCircus (legado; SpykingCircus2 acompanha SpikeInterface)
uv pip install mountainsort5     # Mountainsort5 (CPU)

# Curadoria baseada em modelo (UnitRefine) baixa do Hugging Face
uv pip install "huggingface_hub" skops

# Opcional: curadoria visual assistida por IA
uv pip install anthropic

# Opcional: ferramentas IBL e Bombcell
uv pip install ibl-neuropixel ibllib bombcell

Para ambientes reproduzíveis, fixe as versões (atuais em 2026-06: spikeinterface==0.104.3, kilosort==4.1.7, probeinterface==0.3.2, neo==0.14.4). Instalações sem versões fixas são adequadas para experimentação rápida, mas devem ser fixadas em pipelines de produção.

Estrutura do Projeto

project/
├── raw_data/
│   └── recording_g0/
│       └── recording_g0_imec0/
│           ├── recording_g0_t0.imec0.ap.bin
│           └── recording_g0_t0.imec0.lf.bin
├── preprocessed/
│   └── ... (dados pré-processados)
├── motion/
│   └── ... (resultados da correção de movimento)
├── ks4_output/
│   └── ... (resultados do Kilosort4)
├── analyzer/
│   └── ... (sorting analyzer)
├── phy_export/
│   └── ... (exportação Phy)
├── report/
│   └── ... (relatório de figuras)
├── quality_metrics.csv
├── output.nwb
├── scripts/
│   ├── neuropixels_pipeline.py
│   ├── explore_recording.py
│   ├── preprocess_recording.py
│   ├── run_sorting.py
│   ├── compute_metrics.py
│   └── export_to_phy.py
├── assets/
│   └── analysis_template.py
└── references/
    ├── standard_workflow.md
    ├── api_reference.md
    ├── plotting_guide.md
    ├── PREPROCESSING.md
    ├── SPIKE_SORTING.md
    ├── MOTION_CORRECTION.md
    ├── QUALITY_METRICS.md
    ├── AUTOMATED_CURATION.md
    ├── AI_CURATION.md
    └── ANALYSIS.md

Individual skills in this repo

This repo contains 20 individual skills — each has its own dedicated page.

adaptyv

How to use the Adaptyv Bio Foundry API and Python SDK for protein experiment design, submission, and results retrieval. Use this skill whenever the user mentions Adaptyv, Foundry API, protein binding assays, protein screening experiments, BLI/SPR assays, thermostability assays, or wants to submit protein sequences for experimental characterization. Also trigger when code imports `adaptyv`, `adaptyv_sdk`, or `FoundryClient`, or references `foundry-api-public.adaptyvbio.com`.

aeon

This skill should be used for time series machine learning tasks including classification, regression, clustering, forecasting, anomaly detection, segmentation, and similarity search. Use when working with temporal data, sequential patterns, or time-indexed observations requiring specialized algorithms beyond standard ML approaches. Particularly suited for univariate and multivariate time series analysis with scikit-learn compatible APIs.

alphagenome

Look up precomputed AlphaGenome Atlas effects for any GRCh38 single-nucleotide variant (AVI score with Phred and 18 SHAP feature attributions, plus raw and quantile scores for RNA-seq, DNase, ATAC, ChIP-TF, ChIP-histone, CAGE, PRO-cap, splicing, polyadenylation and contact-map tracks), score variants or scan windows on demand with the AlphaGenome model for human and mouse (variant scoring, in silico mutagenesis, REF-versus-ALT track prediction), and build Atlas website deep links. Use when the user mentions AlphaGenome, AlphaGenome Atlas, AVI or AlphaGenome Variant Impact, DeepMind variant effect prediction, or wants to prioritise or mechanistically interpret non-coding, regulatory, splicing, enhancer, promoter, or chromatin-accessibility effects of SNVs from a VCF, credible set, or region. Research use only; not a clinical tool.

analytical-method-validation

Plan, execute, and document validation, verification, and transfer of analytical procedures under the governing framework - ICH Q2(R2) and Q14, USP <1220>/<1225>/<1226>, ICH M10 bioanalytical, CLSI EP, or ISO/IEC 17025. Use for HPLC, LC-MS/MS, GC, CE, ICP-MS, dissolution, qNMR, qPCR, NIR, and ligand binding or cell-based assays whenever the question is whether a procedure is fit for its intended purpose. Triggers include

anndata

Data structure for annotated matrices in single-cell analysis. Use when working with .h5ad files or integrating with the scverse ecosystem. This is the data format skill—for analysis workflows use scanpy; for probabilistic models use scvi-tools; for population-scale queries use cellxgene-census.

arbor

Autonomously improve a real artifact (code, training recipe, agent harness, data pipeline, prompt) against an objective and an evaluator, using Hypothesis Tree Refinement (HTR) from the Arbor paper. Use this whenever someone wants to iteratively optimize something over many experiments without overfitting — e.g.

arboreto

Infer gene regulatory networks (GRNs) from gene expression data using scalable algorithms (GRNBoost2, GENIE3). Use when analyzing transcriptomics data (bulk RNA-seq, single-cell RNA-seq) to identify transcription factor-target gene relationships and regulatory interactions. Supports distributed computation for large-scale datasets.

astropy

Core Python library for astronomy and astrophysics workflows that need Astropy APIs, including units/quantities, coordinates, FITS I/O, tables, time systems, WCS, and cosmology. Use when implementing or debugging astronomical data analysis code with Astropy.

autoskill

Observe the user

benchling-integration

Benchling Python SDK and REST API integration for registry entities, inventory, ELN entries, workflows, Benchling Apps, and Data Warehouse queries. Use when automating lab data with benchling-sdk or the v2 API.

bgpt-paper-search

Search scientific papers and retrieve structured experimental data extracted from full-text studies via the BGPT MCP server. Returns 25+ fields per paper including methods, results, sample sizes, quality scores, and conclusions. Use for literature reviews, evidence synthesis, and finding experimental details not available in abstracts alone.

bids

>

biopython

Comprehensive molecular biology toolkit. Use for sequence manipulation, file parsing (FASTA/GenBank/PDB), phylogenetics, and programmatic NCBI/PubMed access (Bio.Entrez). Best for batch processing, custom bioinformatics pipelines, BLAST automation. For quick lookups use gget; for multi-service integration use bioservices.

bioservices

Unified Python interface to 40+ bioinformatics services. Use when querying multiple databases (UniProt, KEGG, ChEMBL, Reactome) in a single workflow with consistent API. Best for cross-database analysis, ID mapping across services. For quick single-database lookups use gget; for sequence/file manipulation use biopython.

bulk-rnaseq

End-to-end bulk RNA-seq orchestrator — takes raw FASTQ reads through QC and trimming (FastQC, fastp/Trim Galore), alignment and quantification (STAR, Salmon, featureCounts), assembles a gene-level counts matrix, then hands off to differential expression (pydeseq2), pathway/GSEA enrichment (pathway-enrichment), and publication figures (scientific-visualization). Use whenever the user has bulk RNA-seq reads or quant output and wants a complete, reproducible differential-expression workflow — e.g.

cellxgene-census

Query the CZ CELLxGENE Census programmatically for versioned public single-cell and spatial transcriptomics data. Use when you need population-scale cell metadata, gene expression slices, Census summary counts, source H5AD URIs/downloads, embeddings, spatial Census data, or reference atlas comparisons across organisms, tissues, diseases, assays, and cell types. For analyzing your own local single-cell data use scanpy, anndata, or scvi-tools.

cirq

Google quantum computing framework. Use when targeting Google Quantum AI hardware, designing noise-aware circuits, or running quantum characterization experiments. Best for Google hardware, noise modeling, and low-level circuit design. For IBM hardware use qiskit; for quantum ML with autodiff use pennylane; for physics simulations use qutip.

citation-management

Comprehensive citation management for academic research. Search OpenAlex, PubMed, and Google Scholar for papers, extract accurate metadata, validate citations, and generate properly formatted BibTeX entries. This skill should be used when you need to find papers, verify citation information, convert DOIs to BibTeX, or ensure reference accuracy in scientific writing.

clinical-decision-support

Prepare and validate research-only clinical decision-support evaluation, evidence-profile, cohort, survival, biomarker/model, privacy, and governance artifacts. Use for aggregate or synthetic research documentation and traceability—not patient care or live clinical operation.

clinical-reports

Create safety-bounded draft structures and run local deterministic checks for clinical case, diagnostic, trial, safety, and aggregate research reports. Use only with synthetic, de-identified, or aggregate inputs and verified source-fact manifests; every output requires qualified review.

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