To recover the neural activity from Magnetoencephalography (MEG) and Electroencephalography (EEG) measurements, we need to solve the inverse problem by utilizing the relation between dipole sources and the data generated by dipolar sources. In this study, we propose a new approach based on the implementation of a particle filter (PF) that uses minimum sampling variance resampling methodology to track the neural dipole sources of cerebral activity. We use this approach for the EEG data and demonstrate that it can naturally estimate the sources more precisely than the traditional systematic resampling scheme in PFs.
Communications for Statistical Applications and Methods
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v.30
no.6
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pp.561-575
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2023
Brain network analysis has attracted the interest of neuroscience researchers in studying brain diseases. Magnetoencephalography (MEG) is especially proper for analyzing functional connectivity due to high temporal and spatial resolution. The application of graph theory for functional connectivity analysis has been studied widely, but research on network modeling for MEG still needs more. Temporal exponential random graph model (TERGM) considers temporal dependencies of networks. We performed the brain network analysis, including static/temporal network statistics, on two groups of epilepsy patients who removed the left (LT) or right (RT) part of the brain and healthy controls. We investigate network differences using Multiset canonical correlation analysis (MCCA) and TERGM between epilepsy patients and healthy controls (HC). The brain network of healthy controls had fewer temporal changes than patient groups. As a result of TERGM, on the simulation networks, LT and RT had less stable state than HC in the network connectivity structure. HC had a stable state of the brain network.
Accurate localization of the seizure onset zone is important for better seizure outcomes and preventing deficits following epilepsy surgery. Recent advances in neuroimaging techniques have increased our understanding of the underlying etiology and improved our ability to noninvasively identify the seizure onset zone. Using epilepsy-specific magnetic resonance imaging (MRI) protocols, structural MRI allows better detection of the seizure onset zone, particularly when it is interpreted by experienced neuroradiologists. Ultra-high-field imaging and postprocessing analysis with automated machine learning algorithms can detect subtle structural abnormalities in MRI-negative patients. Tractography derived from diffusion tensor imaging can delineate white matter connections associated with epilepsy or eloquent function, thus, preventing deficits after epilepsy surgery. Arterial spin-labeling perfusion MRI, simultaneous electroencephalography (EEG)-functional MRI (fMRI), and magnetoencephalography (MEG) are noinvasive imaging modalities that can be used to localize the epileptogenic foci and assist in planning epilepsy surgery with positron emission tomography, ictal single-photon emission computed tomography, and intracranial EEG monitoring. MEG and fMRI can localize and lateralize the area of the cortex that is essential for language, motor, and memory function and identify its relationship with planned surgical resection sites to reduce the risk of neurological impairments. These advanced structural and functional imaging modalities can be combined with postprocessing methods to better understand the epileptic network and obtain valuable clinical information for predicting long-term outcomes in pediatric epilepsy.
We have fabricated a helmet type magnetoencephalogrphy(MEG) with a $1^{st}$ order gradiometer in vacuum to improve the signal-to-noise ratio(SNR) and the boil-off rate of liquid helium(LHe). The axial type first-order gradiometer was fabricated with a double relaxation oscillation SQUID(DROS) sensor which was directly connected with a pickup coil. The neck space of LHe dewar was made to be smaller than that of a conventional dewar, but the LHe boil-off ratio appeared to increase. To reduce the temperature of low Tc SQUID sensor and pickup coil to 9 K, a metal shield made of, such as copper, brass or aluminum, have been usually used for thermal transmission. But the metal shield exhibited high thermal noise and eddy current fluctuation. We quantified the thermal noise and the eddy current fluctuation of metal. In this experiment, we used the bobbin which was made of an alumina to wind Nb superconductive wire for pickup coil and the average noise of coil-in-vacuum type MEG system was $3.5fT/Hz^{1/2}$. Finally, we measured the auditory evoked signal to prove the reliability of coil-in-vacuum type MEG system.
Kim, Jae-Jin;Han, Ki-Wan;Lee, Jung-Suk;Choi, Soo-Hee
Korean Journal of Biological Psychiatry
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v.18
no.1
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pp.5-14
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2011
Neuroimaging in psychiatry encompasses the powerful tools available for the in vivo study of brain structure and function. MRI including the volumetry, voxel-base morphometry(VBM) and diffusion tensor imaging (DTI) are useful for assessing brain structure, whereas function MRI, positron emission tomography(PET) and magnetoencephalography(MEG) are well established for probing brain function. These tools are well tolerated by the vast majority of psychiatric patients because they provide a powerful but noninvasive means to directly evaluate the brain. Although neuroimaging technology is currently used only to rule in or rule out general medical conditions as opposed to diagnosing primary mental disorders, it may be used to confirm or make psychiatric diagnoses in the future. In addition, neuroimaging may be valuable for predicting the natural course of psychiatric illness as well as treatment response.
We have developed a whole-head MEG system for basic brain research and clinical application. The sensor system consists of a 152 SQUID gradiometer array oriented and located in a suitable way to cover a whole head of the human. The system measures magnetic fields generated by neuronal currents in the brain to get information on the brain activities. For this purpose, the field sensitivity determined by the position, orientation and geometry of the pickup coil as well as amplification factor of the electronic circuits should be known precisely. However, the position and orientation of the pickup coil might be changed from the designed specifications during cool down of the dewar and it is necessary to characterize the field sensitivity. In this study, we made calibration systems to determine the actual position and orientation of the 152 pickup coils and compared the localization results of the N100m source in the auditory cortex.
Magnetic field sensors made from superconducting quantum interference device (SQUID) are the most sensitive low-frequency sensors available, enabling measurements of extremely weak magnetic fields from the brain. Neuromagnetic measurements allow superior spatial resolution, compared with the present electric measurements, and superior temporal resolution, compared with the fMRl and PET, providing useful informations for the functional diagnoses of the brain. We developed a 4-channel SQUID system for neuromagnetic applications. The main features of the system are its simple readout electronics and compact pickup coil structure. A magnetically shielded room has been constructed for the reduction of environmental magnetic noises. The developed SQUID system has noise level lower than the magnetic noise from the brain. Magnetic field signals of the spontaneous r-rhythm activity and auditory evoked magnetic fields have been measured.
Kim, B.K.;Yu, K.K.;Kim, J.M.;Kwon, H.;Lee, S.K.;Lee, Y.H.
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.22
no.4
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pp.62-66
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2020
We fabricated superconducting quantum interference devices (SQUIDs) based on Nb Josephson junctions, and characterized the key parameters of the SQUIDs. The SQUIDs are double relaxation oscillation SQUIDs (DROSs) having larger flux-to-voltage transfer coefficient than the standard DC-SQUIDs. SQUID sensors were fabricated by using Nb junction technology consisted of a DC magnetron sputtering and a conventional photolithography process. In multichannel SQUID systems for whole-head magnetoencephalography measurement with a helmet-type SQUID array, we need about 336 SQUID sensors for each system. In this paper, we fabricated a few hundred SQUID sensors, measured the critical current, flux modulation voltage and decided if each tested SQUID can be used for the multichannel systems. As the criterion for the acceptance of the sensors, we chose the critical current and amplitude of the modulation voltage to be 8 ㎂ and 80 ㎶, respectively. The average critical current of the SQUIDs was 10.58 ㎂. The typical flux noise of the SQUIDs with input coil shorted was 2 μΦ0/√Hz at white region.
Spatiotemporal changes of brain rhythmic activity at a certain frequency have been usually monitored in real time using scalp potential maps of multi-channel electroencephalography(EEG) or magnetic field maps of magnetoencephalography(MEG). In the present study, we investigate if it is possible to implement a real-time brain activity monitoring system which can monitor spatiotemporal changes of cortical rhythmic activity on a subject's cortical surface, neither on a sensor plane nor on a standard brain model, with a high temporal resolution. In the suggested system, a frequency domain inverse operator is preliminarily constructed, considering the individual subject's anatomical information, noise level, and sensor configurations. Spectral current power at each cortical vertex is then calculated for the Fourier transforms of successive sections of continuous data, when a single frequency or particular frequency band is given. An offline study which perfectly simulated the suggested system demonstrates that cortical rhythmic source changes can be monitored at the cortical level with a maximal delay time of about 200 ms, when 18 channel EEG data are analyzed under Pentium4 3.4GHz environment. Two sets of artifact-free, eye closed, resting EEG data acquired from a dementia patient and a normal male subject were used to show the feasibility of the suggested system. Factors influencing the computational delay are investigated and possible applications of the system are discussed as well.
Food is crucial for the nutrition and survival of humans. Taste system is one of the fundamental senses. Taste cells detect and respond to five basic taste modalities (sweet, bitter, salty, sour, and umami). However, the cortical processing of taste sensation is much less understood. Recently, there were many efforts to observe the brain activation in response to taste stimulation using functional magnetic resonance imaging (fMRI), magnetoencephalography (MEG), and optical imaging. These different techniques do not provide directly comparable data each other, but the complementary investigations with those techniques allowed the description and understanding of the sequence of events with the dynamics of the spatiotemporal pattern of activation in the brain in response to taste stimulation. The purpose of this study is the understanding of the brain activities to taste stimuli in sensory and affective aspects and the reviewing of the recent research of the gustotopic map by functional brain mapping.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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