JPH07194566A - In-brain cortical activity tracing system and device therefor - Google Patents

In-brain cortical activity tracing system and device therefor

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JPH07194566A
JPH07194566A JP35087693A JP35087693A JPH07194566A JP H07194566 A JPH07194566 A JP H07194566A JP 35087693 A JP35087693 A JP 35087693A JP 35087693 A JP35087693 A JP 35087693A JP H07194566 A JPH07194566 A JP H07194566A
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cortical
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Abstract

PURPOSE:To easily diagnose a human consciousness condition through an image screen by three-dimensionally forming an electric double layer in a brain cortex position of an in-brain model, finding and optimizing the electric potential distribution, and estimating an electric condition spatially and expansively distributing in a brain cortex. CONSTITUTION:A head part is formed as a multiple area head part model, and a brain cortex is set as an electric double layer in this model. In a processing part 23, the reference scalp electric potential distribution is found by this electric double layer, and operation is performed on a square error between this reference scalp electric potential distribution and the measured scalp electric potential distribution, and operation is performed on the electric potential distribution of the electric double layer to minimize this square error. This brain cortex electric potential distribution is estimated and traced. The electric potential distribution of this electric double layer is three-dimensionally synthesized with the multiple area head part model, and emphasis is also applied according to intensity of the electric potential distribution, and the brain cortex electric potential distribution is displayed on a display part 24.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ME(メディカル・エ
レクトロニクス:医用電子機器)分野において、人間の
脳波を計測し脳皮質の電気的な、あるいは磁気的な活動
を経時的に追跡する脳内における皮質活動追跡装置(C
ortical Activity Tracing System. CAT−Sys
tem 又はCAT法と呼称する。)、特に、思考・認識・
記憶の想起・快不快及び・精神的な疲労緊張等に伴い、
脳皮質がいかなる範囲の領域に広がって経時的に活動す
るかについての知見を得ようとするものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention, in the field of ME (medical electronics: medical electronic equipment), measures the human electroencephalogram and tracks the electrical or magnetic activity of the brain cortex with time. Cortical activity tracking device (C
ortical Activity Tracing System. CAT-Sys
tem or CAT method. ), Especially thinking / recognition /
With memory recall / pleasantness / mental fatigue / tension, etc.
It seeks to find out to what extent the brain cortex spreads and becomes active over time.

【0002】また、臨床論的には「てんかん」発作時の
焦点位置、及び脳内状態の推定、脳死の判定、精神病に
おける脳内の異常の推定、老人性痴呆の進行状態のモニ
ター等に用いられ、これらの内容と現象論的に対応づけ
られて今までに得られなかった新しい診断技術の確立が
期待される。
In clinical terms, it is used for estimating the focal position during "epileptic" seizure and intracerebral condition, determining brain death, estimating intracerebral abnormality in psychosis, and monitoring the progress of senile dementia. Therefore, it is expected to establish a new diagnostic technique that has never been obtained by correlating these contents with phenomenological theory.

【0003】更に、基礎医学・脳生理学的には、認識、
意識、感情、及び知的活動のメカニズムの解明のための
強力な手段になり得る。従って、臨床応用、及び基礎医
学に貢献するものであるのみならず、快・不快、精神的
な疲労、ストレス等の客観的、かつ定量的な推定に利用
され、過労死の防止、ストレスの解消方法の開発など産
業上にも益するところが大きい。
Further, in basic medicine and brain physiology, recognition,
It can be a powerful tool for elucidating the mechanisms of consciousness, emotions, and intellectual activity. Therefore, it is used not only for clinical application and basic medicine but also for objective and quantitative estimation of pleasantness / discomfort, mental fatigue, stress, etc. to prevent death from overwork and relieve stress. There are major industrial benefits such as the development of methods.

【0004】[0004]

【従来の技術】例えば、頭皮上に現れる電位は、脳内に
ある多数のニューロン(神経細胞)の電気的な活動を反
映しており、思考過程、認識、記憶の想起、またある種
の感情にともなって、これらニューロンの活動に連携が
発生することは医学者らにより既に広く知られていた。
つまり、この電位は意識状態及び心理的な状態に従い局
所的に強まることが、研究者らにより電気信号の波形に
おいて観測され学会等に発表されていた。
2. Description of the Related Art For example, the electric potential appearing on the scalp reflects the electrical activity of a large number of neurons (nerve cells) in the brain, and causes thought processes, recognition, memory recall, and certain emotions. It has already been widely known by medical scientists that the association of these neuronal activities occurs with this.
That is, it was observed by researchers that the electric potential was locally strengthened according to the consciousness and the psychological state, and it was announced at academic conferences.

【0005】本発明人は、前記の事実に基づき、これら
ニューロンの活動による電位の波形を頭皮上において計
測する測定装置、及び脳内の活動部位の位置・強度を双
極子近似法によって推定する方法を既に開発していた。
双極子近似法は、活動ニューロンが空間的に限定されて
存在する場合にのみ有効である。また、脳波による電位
の変化は自発的なものEEGと外部の要因による誘発電
位とが有り、本発明人によるこれらの装置及び方法はこ
のいづれにも適用する様になっている。
Based on the above facts, the inventor of the present invention uses a measuring device for measuring potential waveforms due to the activity of these neurons on the scalp, and a method for estimating the position / intensity of the active site in the brain by the dipole approximation method. Had already been developed.
The dipole approximation method is effective only when there are spatially limited active neurons. In addition, changes in the potential due to brain waves are spontaneous EEG and evoked potentials due to external factors, and these devices and methods of the present inventor are adapted to be applied to any of these.

【0006】これらの装置及び方法は特許出願済であ
り、その詳細については次のそれぞれの広報に記載され
ている。 (a)計測方法:特開平2−31739号公報 (b)計測装置:特開平2−31736号公報 (c)計測方法:特開平3−99630号公報
[0006] These devices and methods have been applied for patents, and the details thereof are described in the following respective publications. (A) Measuring method: JP-A-2-31739 (b) Measuring device: JP-A-2-31736 (c) Measuring method: JP-A-3-99630

【0007】図7は、これら計測結果を表示する従来の
表示方法の一例である。図7において、この方法は例え
ば、核磁気共鳴画像装置、及びX線装置などの形状計測
装置によりZ軸方向に断面Zを走査し、X・Y軸の平面
において得られたデータから脳内の断層画像(CT)5
を形成し、この画像5に電流双極子6をマーキングして
表示する様になっている。
FIG. 7 shows an example of a conventional display method for displaying these measurement results. In FIG. 7, this method is, for example, a cross-section Z is scanned in the Z-axis direction by a shape measuring device such as a nuclear magnetic resonance imaging device and an X-ray device. Tomographic image (CT) 5
Is formed, and the current dipole 6 is marked and displayed on this image 5.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの方法
及び装置は、得られる貴重なデータを実際に充分に活用
しうるとは言えず、次の様な問題点があった。 (1)皮質構造に関しての生理学的な知識は考慮されて
おらず、全てを計算に任せているので、本来の目標であ
る推定内容が貧弱になってしまい、前記した様に活動ニ
ューロンが限定された狭い領域内にある場合にのみ有効
ではあって、脳皮質の灰白質内に広がりをもって形成さ
れる電気2重層の広がりを推定する際には全く効果のな
いものである。 (2)また、単純に等価的な電流双極子を求め、これを
マーキングして表示するのみでは、前記した電気2重層
の面的な広がりを現していないので、活動ニューロンが
脳の皮質における実際の分布を推定することができな
い。 (3)更に、脳内での局地的な電流双極子の発生を観察
するのみでは、この双極子の発生母体である脳の皮質自
体との理論的な密着性が存在せず、電気2重層がこの皮
質全体に分布する空間的な変化を捕らえていないので、
脳内ニューロンが実際に活動する状態を正確に診断する
ことができない。 (4)推定された等価双極子は、ニューロン群の活動に
おけるベクトル的な加重平均であるから、ニューロンが
本来的に存在すべき灰白質の内部とはかなり異なる位置
を占めると共に、この活動における強度分布が変わる際
の位置が不自然に大きく移動する。 (5)活動ニューロンの位置が空間的な局所に存在して
いるときでも、脳皮質が小さな曲率半径で折れ曲がって
いると、前記の電流双極子は実際の活動ニューロンとは
別の位置を占める。 (6)等価双極子の位置と強度を推定する際に、実際に
計測して求める値を数値演算して近似するための近似度
が定量的に定まらない。
However, these methods and apparatuses cannot be said to be able to make practical use of the valuable data obtained, and have the following problems. (1) Physiological knowledge about cortical structure is not taken into consideration, and everything is left to calculation, so the original goal of estimation is poor, and active neurons are limited as described above. It is effective only in a narrow region, and has no effect in estimating the spread of the electric double layer formed in the gray matter of the brain cortex. (2) Also, simply finding an equivalent current dipole, marking it, and displaying it does not reveal the above-mentioned planar spread of the electric double layer. Can not estimate the distribution of. (3) Furthermore, only by observing the local generation of current dipoles in the brain, there is no theoretical close contact with the cortex itself of the brain, which is the mother body of generation of these dipoles. Since the strata do not capture the spatial changes distributed throughout this cortex,
It is not possible to accurately diagnose the actual activity of neurons in the brain. (4) Since the estimated equivalent dipole is a vector-like weighted average in the activity of the neuron group, the neuron occupies a position quite different from the inside of the gray matter in which the neuron originally should exist, and the intensity in this activity is large. The position when the distribution changes changes unnaturally. (5) Even when the position of the active neuron is spatially local, if the brain cortex is bent with a small radius of curvature, the current dipole occupies a position different from the actual active neuron. (6) When estimating the position and strength of the equivalent dipole, the degree of approximation for numerically approximating the values actually measured and calculated is not quantitatively determined.

【0009】つまり、この様な従来の電流双極子を近似
する技術は、脳内ニューロンの活動集団を数個の電流双
極子で近似し、その双極子の位置を推定するものであ
り、活動ニューロンが局所的に偏在している場合には役
立つが、空間的に広がっている場合には無効である。ま
た、この位置は仮想的なものであり、限られた電極数に
より頭皮上の電位波形を計測して多数の小領域について
活動ニューロンを推定するのには極めて不正確とならざ
るを得ず、等価双極子の生理学的、基礎医学的、あるい
は臨床医学的な応用が限定されていた。
That is, the conventional technique for approximating the current dipole is to approximate the activity group of neurons in the brain by several current dipoles and estimate the position of the dipole. Is useful if it is locally unevenly distributed, but it is invalid if it is spatially spread. In addition, this position is imaginary, and it is inevitable to measure the potential waveform on the scalp with a limited number of electrodes to estimate active neurons for a large number of small regions, Equivalent dipoles had limited physiological, basic or clinical applications.

【0010】そもそも、大脳において高度な精神活動に
伴うこの電気的な活性状態は表面層である大脳皮質に最
も著しく現れており、この大脳皮質は多数の谷状の襞を
有する複雑な表面構造をとっているために、従来の単純
な重ね合わせ技術では充分に表現しきれないのである。
In the first place, this electrical activation state associated with a high degree of mental activity in the cerebrum most remarkably appears in the cerebral cortex, which is a surface layer, and this cerebral cortex has a complex surface structure having many valley-like folds. Therefore, it cannot be fully expressed by the conventional simple overlay technique.

【0011】そこで、本発明人は次の仮定を提起した。 (イ) 脳皮質の灰白質にある多数のニューロン(神経
細胞)は相互にコラム構造をなすので、その活動ニュー
ロンは面的な広がりを有し、脳皮質に沿って電気2重層
が形成される。 (ロ) また、その電気的な活動の分布は分散と収斂を
繰り返しつつ時々刻々に変化し、この灰白質における単
位面積当たりの双極子モーメントの密度はマクロ的には
不均一である。
Therefore, the present inventor has proposed the following assumption. (A) Many neurons (neurons) in the gray matter of the brain cortex form a column structure with each other, so that the active neurons have a planar spread and an electrical double layer is formed along the brain cortex. . (B) The distribution of the electrical activity changes momentarily while repeating dispersion and convergence, and the density of the dipole moment per unit area in this gray matter is nonuniform macroscopically.

【0012】(ハ) つまり、この電気的な活動はもは
や孤立する電流双極子ではなく、実は灰白質に沿って面
的な広がりを有する電気2重層を形成しており、この灰
白質が立体的に複雑な曲面を有するのでこの電気2重層
も同様に複雑な形態を呈することとなる。 (ニ) そこで灰白質を、一様な双極子モーメントの密
度を有する小さな領域に区分し、これら小領域の集合体
として脳皮質を近似することにより、この活動を数学的
に容易な手法で能率的に推定することができる。
(C) In other words, this electrical activity is no longer an isolated current dipole, but actually forms an electric double layer having a planar spread along the gray matter, and this gray matter is three-dimensional. Since the electric double layer has a complicated curved surface, the electric double layer also has a complicated shape. (D) Therefore, by dividing the gray matter into small regions having a uniform density of dipole moments and approximating the brain cortex as an aggregate of these small regions, this activity can be efficiently evaluated by a mathematically easy method. Can be estimated.

【0013】従って、皮質構造を既知の知識として計算
に組み込み、その中で何処が活動しているかを頭皮上の
電位分布、あるいは脳磁場の分布から求める本発明の方
法は、従来の双極子推定法とは元々異質なものなのであ
る。本発明は以上の問題点に鑑み、空間的に広がりを持
った活動ニューロンの強度分布を推定するもので、従来
技術にはない新しい方法の実現を目的とする。
Therefore, the method of the present invention, which incorporates the cortical structure into the calculation as a known knowledge and finds out where it is active from the potential distribution on the scalp or the distribution of the brain magnetic field, is the conventional dipole estimation. The law is originally foreign. In view of the above problems, the present invention is to estimate the intensity distribution of active neurons having a spatial spread, and an object of the present invention is to realize a new method which is not available in the prior art.

【0014】[0014]

【課題を解決する手段】[Means for solving the problem]

(1) 頭皮上における電位の分布である頭皮電位分布
から脳内の皮質における電位の分布である脳皮質電位分
布を推定し、前記皮質における活動ニューロンの空間的
な分布を追跡する脳内における皮質活動追跡方法であっ
て、頭部の多重的な内部構造を模擬的に現す多重領域頭
部モデルを形成し、前記多重領域頭部モデルの内部に電
気的な両極を有する電気2重層を設定して、前記電気2
重層を電気的に単位強度を有する複数の小領域に区分す
る設定段階と、前記複数の小領域のそれぞれについて前
記単位強度を演算し、前記頭皮電位分布に変換して基準
頭皮電位分布を求め、前記基準頭皮電位分布と実際に計
測される計測頭皮電位分布との第1の2乗誤差を演算し
て、前記第1の2乗誤差を最小にするための特定の小区
域とその強度とを決定して追跡する推定段階とを設けて
構成していることを特徴とする脳内における皮質活動追
跡方法。 (2) 前記推定段階は、前記特定の小区域に最も近い
周辺にある周辺区域について第2の2乗誤差を最小にす
るための強度を決定する処理を含んでおり、前記第2の
2乗誤差が所定の限界値に到達するまで新たな前記複数
の小区域を前記周辺区域と置換しつつ前記推定段階を繰
り返し遂行して前記脳皮質電位分布を推定する様になっ
ていることを特徴とする前項(1)に記載の脳内におけ
る皮質活動追跡方法。 (3) 前記推定段階に続けて、前記推定段階で決定さ
れる前記それぞれの小区域を前記内部構造と立体的に合
成する合成画像を形成し、前記合成画像において前記そ
れぞれの小区域を前記その強度に基づいて強調する強調
画像に変換して作画する作画段階を付加して構成してお
り、前記脳皮質電位分布を時間を追って変化する分布図
として記憶しつつ表示する様になっていることを特徴と
する前項(1)、又は前項(2)に記載の脳内における
皮質活動追跡方法。 (4) 頭皮上における電位の分布である頭皮電位分布
から脳内の皮質における電位の分布である脳皮質電位分
布を推定し、前記皮質における活動ニューロンの空間的
な分布を追跡する脳内における皮質活動追跡装置であっ
て、頭部の多重的な内部構造を模擬的に現す多重領域頭
部モデルを形成し、前記多重領域頭部モデルの内部に電
気的な両極を有する電気2重層を設定して、前記電気2
重層を電気的に単位強度を有する複数の小領域に区分す
る設定段階と、前記複数の小領域のそれぞれについて前
記単位強度を演算し、前記頭皮電位分布に変換して基準
頭皮電位分布を求め、前記基準頭皮電位分布と実際に計
測される計測頭皮電位分布との第1の2乗誤差を演算し
て、前記第1の2乗誤差を最小にするための特定の小区
域とその強度とを決定して追跡する推定段階とを設けて
構成していることを特徴とする脳内における皮質活動追
跡装置。 (5) 前記推定段階は、前記特定の小区域に最も近い
周辺区域について第2の2乗誤差を最小にするための強
度を決定する処理を含んでおり、前記第2の2乗誤差が
所定の限界値に到達するまで新たな前記複数の小区域を
前記周辺区域と置換しつつ前記推定段階を繰り返し遂行
して前記脳皮質電位分布を推定する様になっていること
を特徴とする前項(4)に記載の脳内における皮質活動
追跡装置。 (6) 前記推定段階に続けて、前記推定段階で決定さ
れる前記それぞれの小区域を前記内部構造と立体的に合
成する合成画像を形成し、前記合成画像において前記そ
れぞれの小区域を前記その強度に基づいて強調する強調
画像に変換して作画する作画段階を付加して構成してお
り、前記脳皮質電位分布を時間を追って変化する分布図
として記憶しつつ表示する様になっていることを特徴と
する前項(4)、又は前項(5)に記載の脳内における
皮質活動追跡装置。
(1) Cortex in the brain that estimates the cortical potential distribution, which is the distribution of potential in the cortex in the brain, from the distribution of scalp potential, which is the distribution of potential on the scalp, and tracks the spatial distribution of active neurons in the cortex An activity tracking method, comprising forming a multi-region head model simulating a multiple internal structure of a head, and setting an electric double layer having electric poles inside the multi-region head model. The electric 2
A setting step of electrically dividing the multi-layer into a plurality of small areas having unit strength, calculating the unit strength for each of the plurality of small areas, obtaining a reference scalp potential distribution by converting to the scalp potential distribution, By calculating a first squared error between the reference scalp potential distribution and the actually measured measured scalp potential distribution, a specific small area and its intensity for minimizing the first squared error are calculated. A method for tracking cortical activity in the brain, comprising: an estimating step of determining and tracking. (2) The estimating step includes a process of determining an intensity for minimizing a second squared error with respect to a peripheral area closest to the specific subarea, and the second squared value is included. It is characterized in that the estimation step is repeatedly performed while replacing the new plurality of small areas with the peripheral areas until the error reaches a predetermined limit value, and the brain cortical potential distribution is estimated. The method for tracking cortical activity in the brain according to the above item (1). (3) Subsequent to the estimation step, a composite image is formed that stereoscopically combines the respective sub-areas determined in the estimation step with the internal structure, and the respective sub-areas are combined in the composite image. It is configured by adding a drawing step of converting to an emphasized image to be emphasized based on the intensity and drawing the image, and the cerebral cortical potential distribution is stored and displayed as a distribution map that changes over time. The method for tracking cortical activity in the brain according to (1) or (2) above. (4) Cortex in the brain that estimates the cerebral cortical potential distribution, which is the distribution of potential in the cortex in the brain, from the scalp potential distribution, which is the distribution of potential on the scalp, and tracks the spatial distribution of active neurons in the cortex An activity tracking device, which forms a multi-region head model simulating a multiple internal structure of a head, and sets an electric double layer having electric poles inside the multi-region head model. The electric 2
A setting step of electrically dividing the multi-layer into a plurality of small areas having unit strength, calculating the unit strength for each of the plurality of small areas, obtaining a reference scalp potential distribution by converting to the scalp potential distribution, By calculating a first squared error between the reference scalp potential distribution and the actually measured measured scalp potential distribution, a specific small area and its intensity for minimizing the first squared error are calculated. An apparatus for tracking cortical activity in the brain, comprising: an estimation step of determining and tracking. (5) The estimating step includes a process of determining an intensity for minimizing a second squared error with respect to a peripheral area closest to the specific small area, and the second squared error is a predetermined value. The above-mentioned estimation step is repeatedly performed while replacing the plurality of new sub-areas with the surrounding area until the limit value is reached, and the brain cortical potential distribution is estimated. The cortical activity tracking device in the brain according to 4). (6) Subsequent to the estimation step, a composite image is formed that stereoscopically combines the respective small areas determined in the estimation step with the internal structure, and the respective small areas are described in the composite image. It is configured by adding a drawing step of converting to an emphasized image to be emphasized based on the intensity and drawing the image, and the cerebral cortical potential distribution is stored and displayed as a distribution map that changes with time. The cortical activity tracking device in the brain according to item (4) or (5) above.

【0015】[0015]

【作用】頭部が多重領域頭部モデルに形成され、この多
重領域頭部モデルに脳皮質が電気2重層として設定され
て、この電気2重層により基準頭皮電位分布が求めら
れ、この基準頭皮電位分布と計測頭皮電位分布の2乗誤
差が演算されて、この2乗誤差を最小にするための電気
2重層の電位分布が演算され、脳皮質電位分布が推定さ
れて追跡される。また、この電気2重層の電位分布にお
ける特定の小区域において、その周辺区域の電位分布が
繰り返し演算されて脳皮質電位分布が更に精密に追跡さ
れる。更に、これらの電気2重層の電位分布が多重領域
頭部モデルと立体的に合成され、この電位分布の強度に
基づき強調されて、脳皮質電位分布が経時的に表示され
る。
The head is formed in a multi-region head model, and the brain cortex is set as an electric double layer in this multi-region head model, and the reference scalp potential distribution is obtained by this electric double layer. The square error of the distribution and the measured scalp potential distribution is calculated, the potential distribution of the electric double layer for minimizing this square error is calculated, and the brain cortical potential distribution is estimated and tracked. Further, in a specific small area in the electric potential distribution of the electric double layer, the electric potential distribution in the peripheral area is repeatedly calculated, and the cerebral cortical electric potential distribution is traced more precisely. Furthermore, the electric potential distribution of these electric double layers is stereoscopically combined with the multi-region head model, and is emphasized based on the strength of this electric potential distribution, and the cerebral cortical potential distribution is displayed over time.

【0016】[0016]

【実施例】以下、頭皮上の電位分布について本発明の方
法の実施例を図面を参照して説明するが、脳磁場の分布
についてもほぼ同様に実施することができる。図1は、
本発明の方法による実施例を示す原理図である。図1に
おいて、この実施例におけるシステム5の主要部6は、
本発明による電気的な頭部モデルにより脳皮質に電気2
重層を設定する第1の設定段階7と、この電気2重層に
より脳皮質電位分布を推定して経時的に追跡する第1の
推定段階8と、この脳皮質電位分布を画像処理により作
画する第1の作画段階9とを順に設けて構成しており、
公知の測定装置DETから計測頭皮電位分布が導入さ
れ、操作員が観察して整理する整理段階10に脳皮質電
位分布が送出される様になっている。
EXAMPLE An example of the method of the present invention will be described below with reference to the electric potential distribution on the scalp with reference to the drawings. However, the distribution of the cerebral magnetic field can be carried out in substantially the same manner. Figure 1
It is a principle diagram which shows the Example by the method of this invention. In FIG. 1, the main part 6 of the system 5 in this embodiment is
The electric head model according to the present invention electrically 2
A first setting step 7 for setting a multistory layer, a first estimation step 8 for estimating a cerebral cortical potential distribution by this electric double layer and tracking it over time, and a 1st step for drawing this cerebral cortical potential distribution by image processing. It is configured by sequentially providing the drawing stage 9 of 1 and
The measured scalp potential distribution is introduced from the known measuring device DET, and the cerebral cortical potential distribution is sent to the organizing step 10 in which the operator observes and arranges.

【0017】第1の設定段階7は、頭部の外形画像と内
部の断層画像に基づいて、後記して述べる頭部モデルを
形成し、この頭部モデルの内部に電気的な両極を有する
電気2重層を設定すると共に、この電気2重層を複数の
小区域に分割する。第1の推定段階8は、この複数の小
区域における電気2重層から、前記の頭部モデルを使用
して脳皮質電位分布を推定して経時的に追跡する。第1
の作画段階9は、この脳皮質電位分布を画像処理して前
記の多重領域頭部モデルに立体的に合成する合成画像を
形成し、この合成画像において各小領域をその強度に基
づいて強調して表示する。尚、1は測定値を前処理して
補正する補正段階で、10は脳皮質電位を整理する整理
段階である。
The first setting step 7 forms a head model, which will be described later, on the basis of the outline image of the head and the tomographic image of the inside of the head model. A double layer is set up and the electric double layer is divided into a plurality of subsections. The first estimation stage 8 estimates the cortical potential distribution from the electric double layer in the plurality of sub-regions by using the head model and tracks the distribution over time. First
In the drawing step 9 of step 1, the brain cortical potential distribution is image-processed to form a composite image which is stereoscopically combined with the multi-region head model, and each small region in the composite image is emphasized based on its intensity. To display. In addition, 1 is a correction step for preprocessing and correcting the measured values, and 10 is a step for organizing the cerebral cortical potentials.

【0018】従って、この実施例は、図1に示す様に脳
波による頭皮上の電位分布を前記の測定装置DETで検
知して電気信号に変換し、得られるデータにおいて測定
時の誤差を補正し、その結果をシステム5に導入する。
このシステム5では、本発明人が仮定した前記の脳内モ
デルに基づいて前記の脳皮質電位分布を推定し、頭部の
外形及び断層画像に合成して立体的に表示し、この立体
的な画面を医学者等が観察して各種の症状を診断すると
共に、これら画像、及び画面等を必要に応じて記憶でき
る様になっている。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the electric potential distribution on the scalp due to the electroencephalogram is detected by the measuring device DET and converted into an electric signal, and the error in the measurement of the obtained data is corrected. , And introduce the result into the system 5.
In this system 5, the brain cortical potential distribution is estimated based on the brain model assumed by the present inventor, and the brain cortical potential distribution and the tomographic image are combined and stereoscopically displayed. A doctor or the like can observe the screen to diagnose various symptoms, and can store these images and the screen as required.

【0019】システム5にはその他、主要部6での予備
処理をするための図示しない予備段階が前置されてお
り、導入される頭皮電位分布の波形に含まれる成分を分
類し分析する様になっている。ここで、この予備段階に
ついて簡単に述べ、以降の説明における理解の助けとす
る。脳波を測定して得られた電位の波形は、時間と共に
変化する関数である振幅と位相と周波数との成分を有し
ており、推定すべき脳内ニューロンの活動を情報の源と
して、それぞれの計測するチャネル相互に関連し合いつ
つ、この活動に伴ってこれらの成分を変化させる様にな
っている。
In addition, the system 5 is preceded by a preliminary step (not shown) for performing a preliminary treatment in the main part 6, so that the components included in the waveform of the scalp potential distribution introduced are classified and analyzed. Has become. Here, this preliminary step is briefly described to help understanding in the following description. The waveform of the electric potential obtained by measuring the electroencephalogram has components of amplitude, phase, and frequency that are functions that change with time, and the activity of the neuron in the brain to be estimated is used as the source of information for each. It is designed to change these components in association with this activity while interrelated with the channels to be measured.

【0020】この様な電位の波形は、脳の精神活動によ
る特異な変化の存在しない平穏なコントロール状態と、
この特異な変化が生ずる活性化された状態とではこれら
の成分の値を大きく変動し、それぞれの特有な分布に従
って極値化する変化を時間的に構成しており、脳の精神
活動が変遷するに連れ、時間と共に頭皮上の電位分布に
おけるこれらの成分に独特の特徴を生ずる様になってい
る。
Such a waveform of the electric potential shows a calm control state in which there is no peculiar change due to the mental activity of the brain,
In the activated state where this peculiar change occurs, the values of these components largely fluctuate, and the changes that extremeize according to their respective peculiar distributions are temporally constructed, and the mental activity of the brain changes. As a result, with time, these components in the potential distribution on the scalp give rise to unique characteristics.

【0021】従ってこの変遷を把握する為に、前記した
補正段階では、例えば、前記した電位の波形を所定の期
間においてフィルタリング演算し、このフィルタリング
された周波数を含む所定の帯域を選別し、この帯域の信
号が有するそれぞれの電気的な成分について電位の分布
を予め求めておいてから、図1におけるシステム5に導
入する様になっている。
Therefore, in order to grasp this transition, in the above-mentioned correction step, for example, the waveform of the above-mentioned potential is subjected to a filtering operation in a predetermined period, a predetermined band including this filtered frequency is selected, and this band is selected. The electric potential distributions of the respective electric components of the signal are obtained in advance and then introduced into the system 5 in FIG.

【0022】次に、本発明により脳内ニューロンの活動
を推定する為の等価モデルである脳内モデルについて概
略的に説明する。図2は、本発明に使用する前記した脳
内モデルを脳の構造により説明する図であり、図2
(a)は、頭部の縦断面を示し、図2(b)は、図2
(a)における襞を部分的に拡大したものである。
Next, a brain model, which is an equivalent model for estimating the activity of neurons in the brain according to the present invention, will be schematically described. FIG. 2 is a diagram for explaining the above-mentioned in-brain model used in the present invention by the structure of the brain.
2A shows a vertical cross section of the head, and FIG.
The folds in (a) are partially enlarged.

【0023】図2(a)において、頭部HDは、最外部
の頭皮(Scalp)SCと、この内側の頭蓋骨(Skull)
SKとを外側に有し、眼孔、鼻孔、耳孔等の構造上の間
隙、及び脳漿、脳膜等の中間物質により形成される中間
層GPを介して、脳内ニューロンの活動する領域である
脳皮質(Brain-cortex )BCをこれらの内側に有して
構成しており、この脳皮質の表面は褶曲して多数の襞F
Lを形成する様になっている。
In FIG. 2 (a), the head HD includes the outermost scalp (Scalp) SC and the inner skull (Skull).
It is an area where neurons in the brain are active, which has SK on the outside and through the interstitial gaps such as the eye, nostrils, and ear canals, and the intermediate layer GP formed by intermediate substances such as plasma and meninges. It has a brain-cortex BC inside these and is constructed. The surface of this brain cortex folds and many folds F are formed.
L is formed.

【0024】図2(b)において、脳皮質BCは、ニュ
ーロン(神経細胞)を主体とする灰白色の灰白質NCを
外側に、神経繊維を主体とする白色の白質OCを内側に
配置し、その表面に対してほぼ垂直なコラム構造に沿っ
て、互いにほぼ平行に形成された多数のニューロンを、
この灰白質に内包して有しており、活動ニューロンによ
る等価的な電流双極子モーメントは、このコラム群に対
しほぼ平行に発生するので、この灰白質は自身の中心面
に沿って電気的な両極を有する電気2重層を形成すると
みなすことができる。
In FIG. 2 (b), in the brain cortex BC, the gray-white gray matter NC mainly composed of neurons (nerve cells) is arranged on the outer side, and the white white matter OC mainly composed of nerve fibers is arranged on the inner side. A large number of neurons formed almost parallel to each other along a column structure almost perpendicular to the surface,
This gray matter is contained in this gray matter, and the equivalent current dipole moment generated by the active neuron is generated almost parallel to this column group. Therefore, this gray matter is electrically charged along its center plane. It can be regarded as forming an electric double layer having both poles.

【0025】従って、本発明の方法による脳内モデル
は、この灰白質NCに着目して、前記の電気2重層によ
り脳皮質BCにおける脳内ニューロンの活動を代表さ
せ、前記した頭皮SCと頭蓋骨SKと中間層GPとを導
電率が厚み方向に均一な層構造とみなして、この電気2
重層での脳皮質電位分布を頭皮SCの電位分布から推定
して構成している。
Therefore, in the brain model according to the method of the present invention, focusing on this gray matter NC, the activity of brain neurons in the brain cortex BC is represented by the electric double layer, and the scalp SC and the skull SK described above are represented. And the intermediate layer GP are regarded as a layered structure having a uniform conductivity in the thickness direction,
The brain cortical potential distribution in the stratum is estimated from the potential distribution of the scalp SC and is constructed.

【0026】こうして、頭部HDの電気的な状態を等価
的に現し、この電気2重層の状態を前記の電位分布から
推定して、脳内ニューロンの電気的な活動を外部から診
断できる様になっている。以上の説明における脳内モデ
ルは、Scalp Skull Brain-cortex 等価モデル(以
下、SSBモデル)である。
Thus, the electrical state of the head HD is equivalently expressed, and the state of this electric double layer is estimated from the above potential distribution so that the electrical activity of neurons in the brain can be externally diagnosed. Has become. The brain model in the above description is the Scalp Skull Brain-cortex equivalent model (hereinafter, SSB model).

【0027】ところが、このSSBモデルは、頭蓋骨S
Kと脳皮質BCの間に存在する脳脊髄液CSを考慮して
おらず、頭皮、頭蓋骨、及び脳皮質と比べて大きな導電
率を有する脳脊髄液CSを無視することは、頭部の電気
的な等価モデルによる活動ニューロンの推定精度を著し
く低下させていた。そこで、本発明の方法による脳内モ
デルは脳脊髄液CSを考慮し、前記した電気的な活動を
生理学的な知識により脳の灰白質のみに限定して、この
灰白質自体での活動度を逆算する様になっており、仮に
これを、Scalp Skull Cerebrospinal Brain-cor
tex 等価モデルである多重領域頭部モデル(以下、MC
HMモデル)と呼称することにする。
However, in this SSB model, the skull S
It does not consider the cerebrospinal fluid CS existing between K and the cerebrocortex BC, and ignoring the cerebrospinal fluid CS, which has a greater conductivity than the scalp, skull, and cortex, is the The estimation accuracy of the active neuron by the statistical equivalent model was significantly reduced. Therefore, the intracerebral model according to the method of the present invention considers cerebrospinal fluid CS, limits the above-mentioned electrical activity to the gray matter of the brain based on physiological knowledge, and determines the activity level in the gray matter itself. It is supposed to be calculated backwards, and if this is Scalp Skull Cerebrospinal Brain-cor
Multi-region head model (hereinafter MC
HM model).

【0028】さて、話を元に戻し、本発明を実施する為
のシステムである装置について説明する。図3は、実施
例の装置を概略的に示すブロック図である。図3におい
て、この実施例の装置は、電位の波形を前記の測定装置
DETで検出し、前記した補正する段階を有する補正部
を介して、補正した電位分布のデータを導入するインタ
フェースINを設けている。
Now, returning to the original story, an apparatus which is a system for carrying out the present invention will be described. FIG. 3 is a block diagram schematically showing the apparatus of the embodiment. In FIG. 3, the apparatus of this embodiment is provided with an interface IN for detecting the waveform of the electric potential by the measuring apparatus DET and introducing the data of the corrected electric potential distribution through the correction unit having the correction step described above. ing.

【0029】更に、この導入した電位分布のデータを、
手順を管理するシーケンサ27に従い処理する処理部2
3と、処理して得られた数値と画像とのデータをファイ
ルし格納するファイル・メモリFMと、このメモリFM
からデータを随時に取り出して表示する表示部24と、
これらのデータを印刷するプリンタ25と、処理する手
順を指示しパラメータを設定するキーボード26とを設
け、相互にバス接続し構成されている。
Furthermore, the data of the introduced potential distribution is
Processing unit 2 that processes according to the sequencer 27 that manages the procedure
3, a file memory FM for storing and storing numerical data and image data obtained by processing, and this memory FM
A display unit 24 for extracting and displaying data at any time from the
A printer 25 for printing these data and a keyboard 26 for instructing a processing procedure and setting parameters are provided and connected to each other via a bus.

【0030】処理部23は、第1の設定段階の手段11
と、同じく第1の推定段階の手段12,13,14と、
同じく合成する段階の手段15と、分析部と表示部24
とプリンタ25とキーボード26とを入出力処理する手
段I/Oとをプログラム・モジュール化して設け構成し
ており、指示されるコマンドを複号化しシステム全体を
管理するシーケンサ27に従ってそれぞれを処理する様
になっている。
The processing unit 23 includes means 11 for the first setting stage.
And similarly the means 12, 13, 14 of the first estimation stage,
Similarly, the synthesizing stage means 15, the analysis unit and the display unit 24
And a printer 25 and a keyboard 26, and means I / O for input / output processing are provided as a program module, and each command is processed according to a sequencer 27 that decodes commands and manages the entire system. It has become.

【0031】ファイル・メモリFMは、数値データをそ
れぞれのテーブルに分類して格納する数値データのファ
イル28と、イメージ・データをそれぞれの画面に分類
して格納する画像データのファイル29とを設け構成し
ている。
The file memory FM is provided with a file 28 of numerical data for classifying and storing numerical data in respective tables and a file 29 of image data for classifying and storing image data in respective screens. is doing.

【0032】数値ファイルは、所定の時間領域における
それぞれの前記の要素を分析した分布のデータと、後記
して述べる変換関数に従って変換する係数とを配列する
変換テーブルGTと、キーボードから指定するパラメー
タを配列するパラメータ・テーブルPTとを有し構成し
ており、処理部におけるそれぞれのプログラム・モジュ
ールによりアドレス制御してそれぞれのファイルをアク
セスする様になっている。
The numerical value file contains a conversion table GT for arranging the data of the distribution obtained by analyzing each of the above-mentioned elements in a predetermined time domain and the coefficient to be converted according to the conversion function described later, and the parameters specified by the keyboard. It has a parameter table PT to be arranged and is configured to access each file by controlling the address by each program module in the processing unit.

【0033】画像ファイルは、変換により求めて、前記
したMCHMモデルにおける脳皮質電位分布を推定して
展開した推定の画像と、核磁気共鳴画像装置、及びX線
装置などの形状計測装置により求めるCTの画像と、こ
れら推定及びCTの画像を相互に合成した合成の画像と
を有して構成しており、このCTの画像には、前記した
頭部内の画像群の他に頭部外形の画像を含む様になって
いる。
The image file is obtained by conversion, and an estimated image developed by estimating and developing the brain cortical potential distribution in the MCHM model described above and a CT obtained by a shape measuring device such as a nuclear magnetic resonance imaging device and an X-ray device. Image and a combined image obtained by synthesizing these estimated and CT images with each other, and this CT image includes, in addition to the above-mentioned group of images in the head, the outline of the head. It is supposed to include images.

【0034】頭部外形の画像を求める方法は、公知のPO
LHEMUS社製のISOTRAK(登録商標)測定器などを使用して
行われており、この測定器による被計測体外形の画像の
求め方は、本発明の出願人による下記の特許出願「磁場
による立体形状の計測及び表示装置」に詳しく記載され
ている。 特許出願:特願平5−282320号。 尚、核磁気共鳴画像装置、X線装置、及びISOTRAK(登録
商標)測定器などの形状計測装置を、以下、まとめてM
RIと総称する。
A method for obtaining an image of the outer shape of the head is known PO
ISOTRAK (registered trademark) manufactured by LHEMUS Co., Ltd. is used, and the method of obtaining an image of the outer shape of the measured object using this measuring device is described in the following patent application “3D by magnetic field” by the applicant of the present invention. Shape measurement and display device ". Patent application: Japanese Patent Application No. 5-28320. In addition, the shape measuring devices such as the nuclear magnetic resonance imaging device, the X-ray device, and the ISOTRAK (registered trademark) measuring device will be collectively referred to as M below.
Collectively referred to as RI.

【0035】続いて、この実施例の方法における、MC
HMモデルにより推定した皮質電位画面を立体的に表示
するプログラムについて、図1、乃至図4を参照して詳
しく説明する。図4は、このプログラムを概略的に示す
流れ図であり、図1における第1の設定と推定と作画と
のそれぞれの段階7,8,9をモジュールに細分化して
構成しており、それぞれのモジュールは分析者が指定す
るコマンドを判定して実行する様になっている。
Then, in the method of this embodiment, MC
A program for stereoscopically displaying the cortical potential screen estimated by the HM model will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. 4 is a flow chart schematically showing this program, which is configured by subdividing the respective steps 7, 8 and 9 of the first setting, estimation and drawing in FIG. 1 into modules. Is designed to judge and execute the command specified by the analyst.

【0036】図4において、先ず、第1の設定段階7
は、図2の装置を始動し所定のメニュー画面を立ち上げ
て本発明のシステムを起動し、このシステム上に前記し
た電位分布の数値データと前記したCT画像等の画像デ
ータとのファイルをロードするFL手段71と、このF
L手段71でファイル・ロードした前記した画像データ
から、公知の技術によりその輪郭面等の特徴を抽出する
抽出手段72と、この抽出手段72で抽出されたこれら
の特徴を数値解析し、前記した脳皮質での電気2重層を
設定すると共に、検査すべき頭部を前記のMCHMモデ
ルに標準化して現す標準化手段73とを順に設けて構成
している。
In FIG. 4, first, the first setting step 7
2 starts up the apparatus of FIG. 2 to bring up a predetermined menu screen to start up the system of the present invention, and loads the files of the above-mentioned numerical data of the potential distribution and the above-mentioned image data such as CT image on this system. FL means 71 to
From the above-mentioned image data file-loaded by the L means 71, the extracting means 72 for extracting the features such as the contour surface of the image data by a known technique, and these features extracted by the extracting means 72 are numerically analyzed and described above. The electric double layer in the cerebral cortex is set, and a standardizing means 73 for standardizing and expressing the head to be inspected in the MCHM model is sequentially provided.

【0037】続いて、第1の推定段階8は、前記した第
1の設定段階7で現されるMCHMモデルでの電気2重
層の電位分布から基準となる基準頭皮電位分布を求め、
実際に計測される計測頭皮電位分布に近似する近似手段
81と、この基準頭皮電位分布を演算して推定すべき脳
皮質電位分布に変換する変換手段82とを順に設けて構
成している。
Subsequently, in the first estimation step 8, a reference scalp potential distribution serving as a reference is obtained from the electric double layer potential distribution in the MCHM model expressed in the above-mentioned first setting step 7.
An approximation unit 81 that approximates the actually measured measurement scalp potential distribution and a conversion unit 82 that calculates the reference scalp potential distribution and converts the reference scalp potential distribution into the cerebral cortical potential distribution to be estimated are sequentially provided.

【0038】最後に、第1の作画段階9は、前記した第
1の推定段階8で演算して求めた脳皮質電位分布を、前
記した位置に基づいて新たな画像データに展開し、この
画像データの配色または濃度を、前記の位置における前
記の脳皮質電位分布の強度に基づいて階調化して強調
し、脳皮質電位分布の強調画像を形成する強調手段91
と、この強調手段91で形成した前記した強調画像を前
記のCT画像に合成して合成画像を形成すると共に、こ
の合成画像を、前記した脳内ニューロンが活動する活動
期間での別の時間領域における、別の合成画像に更に合
成して新たな合成画像を形成する合成手段92と、この
合成手段92で形成したそれぞれの合成画像が、求める
症状を診断するのに必要な活動期間内の全ての測定値を
網羅しているか否かを判定する期間判定手段93とを順
に設けて構成しており、この期間判定手段93で否定さ
れた際には、実行する手順の流れを分岐し、前記したF
L手段71へ処理を戻す様になっている。
Finally, in the first drawing step 9, the cerebral cortical potential distribution calculated by the first estimating step 8 is developed into new image data based on the above-mentioned position, and this image is obtained. Emphasizing means 91 for emphasizing the color arrangement or density of the data by gradation based on the intensity of the cerebral cortical potential distribution at the above position to form an enhanced image of the cerebral cortical potential distribution.
And the above-mentioned emphasized image formed by this emphasizing means 91 is combined with the above-mentioned CT image to form a combined image, and this combined image is separated into another time region in the active period during which the neurons in the brain are active. In the activity period necessary for diagnosing the desired symptom, the synthesizing means 92 for further synthesizing with another synthetic image to form a new synthetic image, and each synthetic image formed by this synthesizing means 92 And a period determination means 93 for determining whether or not the measured values are covered are provided in order, and when the period determination means 93 is negative, the flow of the procedure to be executed is branched, F
The processing is returned to the L means 71.

【0039】更に、この期間判定手段93で肯定された
際には、前記した合成手段92でのこれら合成画像の画
像データを、前記の画像ファイルIFに格納しつつ前記
の表示装置24に表示する表示手段94を最後に設けて
構成している。また、この表示手段94を実行した後、
前記して述べた整理段階10へ処理を移行する様になっ
ている。
Furthermore, when the period determination means 93 gives an affirmative result, the image data of these combined images obtained by the combining means 92 is displayed on the display device 24 while being stored in the image file IF. The display means 94 is provided at the end of the display. Also, after executing this display means 94,
The processing is shifted to the above-mentioned arrangement step 10.

【0040】ここで、一旦前記のMCHMモデルから離
れ、頭部を電気的に一様な媒質により形成されるもので
あるとみなす実形状一様頭部モデルであるとみなす。す
ると、脳皮質を単位面積当たり1の単位双極子モーメン
トを有する電気2重層と仮定し、この電気2重層をJ個
の小区域に分割し、小区域jが電極nの位置につくる電
位をΦn,j とする。この小区域jがPj なる双極子モー
メントをもつときに、電極n に現れる電位は下記の数1
による変換行列式により求めることができる。
Here, it is considered to be a real shape uniform head model in which the head is once separated from the MCHM model and the head is considered to be formed by an electrically uniform medium. Then, it is assumed that the brain cortex is an electric double layer having a unit dipole moment of 1 per unit area, this electric double layer is divided into J small sections, and the electric potential generated by the small section j at the position of the electrode n is Φn. , j. When this subsection j has a dipole moment Pj, the potential appearing on the electrode n is
Can be obtained by the conversion determinant of

【0041】[0041]

【数1】〔Un 〕=〔Φnj〕〔Pj 〕 ここで、j=1,2,3,・・・,J;n=1,2,
3,・・・,Nである。
[U n ] = [Φ nj ] [P j ] where j = 1, 2, 3, ..., J; n = 1, 2,
3, ..., N.

【0042】従って、この変換行列〔Φnj〕の逆行列が
存在すれとすれば、これを変換パラメータ群として使用
し、計測される頭皮上の電位群〔Un 〕から双極子モー
メント群〔Pj 〕を求める逆問題を解くことにより、求
められる解は脳皮質における活動ニューロンの分布を示
すことになる。具体的な数値演算の方法については、有
限要素法を使用しても境界要素法でも、あるいはこれら
を混用する方法でもよい。
Therefore, if there is an inverse matrix of this transformation matrix [Φ nj ], this is used as a transformation parameter group, and the measured potential group [U n ] on the scalp to the dipole moment group [P By solving the inverse problem for [ j ], the solution obtained shows the distribution of active neurons in the brain cortex. As a specific numerical calculation method, the finite element method, the boundary element method, or a mixture thereof may be used.

【0043】さて、以上述べた数値解析を援用して使用
し、本発明の方法を図面を参照して詳しく説明する。本
発明のMCHMモデルは、頭部の多重的な内部構造を現
す多重領域頭部モデルであり、前記の実形状一様頭部モ
デルを多重的に援用することにより前記の電気2重層か
ら推定演算の際に基準となる基準頭皮電位分布を求める
ことができるが、多重的な内部構造での各所の導電率を
適切に初期設定すれば他の演算方程式を用いてもよい。
Now, the method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, using the above-mentioned numerical analysis. The MCHM model of the present invention is a multi-region head model that represents a multiple internal structure of the head, and by multiplying the real shape uniform head model described above, the estimation calculation from the electric double layer is performed. In this case, the reference scalp potential distribution serving as a reference can be obtained, but other operational equations may be used if the electric conductivity at each place in the multiple internal structure is appropriately initialized.

【0044】図5(a)は、図1における標準化の手段
を、図5(b)は、同じく推定の段階を説明する流れ図
である。図5(a)において、標準化の手段73は、診
断すべき電気的な特徴が存在することを操作員が予想す
る頭部の仮定領域に前記のモデルを設定する領域処理7
31と、このモデルに設定される脳皮質全体に、前記し
た電気2重層を展開する展開処理732と、この展開さ
れる脳皮質全体の電気2重層を、適用するシステムの規
模に従う所定数の範囲で分割する分割処理733とを順
に設けている。
FIG. 5 (a) is a flow chart for explaining the standardization means in FIG. 1, and FIG. 5 (b) is a flow chart for explaining the estimation step. In FIG. 5A, the standardization means 73 is a region processing 7 for setting the model in a hypothetical region of the head where the operator expects that an electrical feature to be diagnosed exists.
31 and a deployment process 732 for deploying the above-mentioned electric double layer on the entire brain cortex set in this model, and a predetermined number range according to the scale of the system to which the electrical double layer on the entire brain cortex to be deployed is applied. A division process 733 for dividing by is sequentially provided.

【0045】続いて、これらの分割される範囲につい
て、前記した数値解析により、電気2重層から各計測点
での電位を求めて電位分布を解析する解析処理734
と、この解析される電位分布について、それぞれの分割
される区域における各成分の数値を、変換テーブルに配
列してファイルする配列処理735とを順に設けて構成
している。尚、結合子730はこれらの処理の開始を、
結合子739は終了をそれぞれ示している。
Subsequently, with respect to these divided ranges, the above-mentioned numerical analysis is performed to obtain the electric potential at each measurement point from the electric double layer and analyze the electric potential distribution 734.
Further, regarding the analyzed potential distribution, an array processing 735 for arranging and numerically storing the numerical values of the respective components in the respective divided areas in a conversion table is provided in order. Note that the connector 730 initiates these processes,
The connectors 739 each indicate the end.

【0046】従って、この変換テーブルは、頭部の標準
的な物理的構造により決定される汎用的なものと、個々
の頭部をその都度計測して得られる個別の物理的構造に
より決定される専用的なものとがあり、単精度でリアル
タイムの簡易な処理の際には前者を、高精度な診断や研
究目的の際には後者を選択してそれぞれを使い分ける様
になっている。
Therefore, this conversion table is determined by a general-purpose one determined by the standard physical structure of the head and an individual physical structure obtained by measuring the individual head each time. There is a dedicated one, and the former is selected for simple and real-time simple processing, and the latter is selected for high-accuracy diagnosis and research purposes.

【0047】また、この様に逆行列による変換演算は、
限られた電極数による少ない測定値からそれ以上の多数
の推定値を推定する際には、かなりの曖昧さを避けるこ
とができない。そこで、前記の数1における電気2重層
を小区域に分割するための個数Jを減らし変換演算して
推定される区域を限定すれば、測定電極の個数と比べて
相対的に演算精度を向上させることができる。例えば、
この個数Jが測定電極の個数と同一であれば活動ニュー
ロンの分布は一義的に求まるものである。
Further, the conversion operation by the inverse matrix is
Considerable ambiguity is inevitable when estimating more than a large number of estimates from a small number of measurements due to the limited number of electrodes. Therefore, if the number J for dividing the electric double layer into the small areas in the above Equation 1 is reduced and the areas estimated by the conversion calculation are limited, the calculation accuracy is relatively improved as compared with the number of measurement electrodes. be able to. For example,
If this number J is the same as the number of measurement electrodes, the distribution of active neurons can be uniquely obtained.

【0048】図5(b)は、このための補正を含む第1
の推定段階を具体的に示す流れ図である。図5(b)に
おいて、先ず、前記の第1の設定段階7で区分される複
数の小区域のそれぞれについて各設定強度を演算し、こ
の演算結果をMCHMモデルにより頭皮電位分布に変換
して基準となる基準頭皮電位分布を求め、この基準頭皮
電位分布と実際に計測される計測頭皮電位分布との2乗
誤差を計算する誤差処理811と、この2乗誤差の値を
計数して最小にするための各区域の電気2重層の強度を
求める計数処理812と、この求められる強度を所定の
範囲内での分布に加重して推定すべき小区域を決定し、
この推定すべき小区域での位置とその成分の数値を演算
する演算処理821と、この2乗誤差の数値と目標とす
る限界値とを照合し、この際の精度を検証する精度処理
822とを順に設けて構成している。
FIG. 5 (b) shows a first example including a correction for this.
3 is a flowchart specifically showing the estimation stage of FIG. In FIG. 5 (b), first, each set intensity is calculated for each of the plurality of small areas divided in the first setting step 7, and the calculation result is converted into a scalp potential distribution by the MCHM model and used as a reference. Error processing 811 for calculating a squared error between the reference scalp potential distribution and the actually measured measured scalp potential distribution, and the value of this squared error is counted and minimized. Counting process 812 for determining the intensity of the electric double layer in each area for determining the sub-region to be estimated by weighting the obtained intensity in the distribution within a predetermined range,
A calculation process 821 for calculating the position in the small area to be estimated and the numerical value of its component, and a precision process 822 for verifying the accuracy at this time by collating the numerical value of the squared error with the target limit value. Are sequentially provided.

【0049】また、この精度処理822で未だ目標とす
る限界値に到達していない際には、前記の決定される小
区域の周辺における周辺区域を分割すべき新たな範囲と
し、この範囲とその範囲での分割すべき個数とを指定し
た後に、前記の領域処理731へ実行の流れを分岐して
処理を戻す様になっている。尚、結合子80は推定の段
階を開始し、結合子89はこれを終了することを示して
いる。
When the target limit value has not been reached in the precision processing 822, the peripheral area around the small area to be determined is set as a new range to be divided, and this range and its range are set. After designating the number of divisions in the range, the flow of execution is branched to the area processing 731 and the processing is returned. Note that the connector 80 indicates that the estimation step is started and the connector 89 ends it.

【0050】各被験者毎に多数の核磁気共鳴装置やX線
CTの断層画像を取る過程を省略するために標準的な大
脳皮質構造を予め構築しておき、被験者の頭部形状から
この標準を変形してその本人の脳構造に近い型にするこ
ともできる。あるいは、代表的な頭部形状に対する脳構
造を全て調べておき、その中から選ぶ方法も可能であ
る。
A standard cerebral cortical structure is constructed in advance in order to omit the process of taking a large number of nuclear magnetic resonance apparatuses or X-ray CT tomographic images for each subject, and this standard is determined from the subject's head shape. It can also be transformed into a model close to the brain structure of the person. Alternatively, it is possible to examine all brain structures for a typical head shape and select from them.

【0051】以上は、第1の推定段階に2乗平均誤差を
最小にして近似する方法を使用するものであるが、その
他にもニューラル・ネットワークに学習させて近似する
バック・プロパゲーションによる方法を使用することも
できる。このニューラル・ネットワークは、各測定電極
での頭皮電位分布が入力端に設定され、推定すべき脳皮
質の各小区域での脳皮質電位分布が出力端に設定されネ
ットワークを形成しており、このネットワークの構成要
素である各非線形回路には各重み係数とバイアス係数と
が設定される様になっている。このニューラル・ネット
ワークを使用する第2の推定段階における第2の近似手
段と第2の変換手段について概略的に述べる。
In the above, the method of approximating by minimizing the mean square error is used in the first estimation stage, but the method of back propagation in which the neural network is trained to approximate is also used. It can also be used. In this neural network, the scalp potential distribution at each measurement electrode is set at the input end, and the cerebral cortical potential distribution in each subregion of the brain cortex to be estimated is set at the output end to form a network. Each weighting coefficient and bias coefficient are set in each nonlinear circuit that is a component of the network. The second approximation means and the second conversion means in the second estimation stage using this neural network will be briefly described.

【0052】第2の近似手段は、先ず、これら各小区域
から特定の一個を選択して、この一個の小区域のみに単
位強度をもつ電気2重層を与える。このときの頭皮電位
分布を本発明のMCHMモデルを使用して求め、同様に
全ての小区域に対して各分布を順次に求め、これらを各
小区域の番号毎に対応させてファイルする。
The second approximating means first selects a specific one from each of these sub-regions and gives an electric double layer having a unit intensity only to this one sub-region. The scalp potential distribution at this time is obtained by using the MCHM model of the present invention, similarly, each distribution is sequentially obtained for all the sub-regions, and these are filed in correspondence with each sub-region number.

【0053】次に、このネットワークを学習モードに設
定し、特定の頭皮電位分布の数値群をファイルから読取
って各入力端に設定し、対応する出力端に単位強度の電
気2重層をもつ小区域を指示するように各係数の値を調
整する。同様に全ての出力端に対する各係数の値を順次
に求め、本発明のMCHMモデルに等価なニューラル・
ネットワークを形成している。
Next, the network is set to a learning mode, a numerical group of a specific scalp potential distribution is read from a file and set at each input end, and a small area having an electric double layer of unit intensity at the corresponding output end. Adjust the value of each coefficient to indicate. Similarly, the value of each coefficient for all output terminals is sequentially obtained, and a neural network equivalent to the MCHM model of the present invention is obtained.
Forming a network.

【0054】続いて、第2の変換手段は、先ず、ネット
ワークを演算モードに切り換え、実際の頭皮電位分布を
測定して各入力端に与え、このニューラル・ネットワー
クを起動して演算処理を遂行して、この実際の頭皮電位
分布に基づく実際の脳皮質電位分布の値を各出力端に形
成する。
Subsequently, the second conversion means first switches the network to the operation mode, measures the actual scalp potential distribution and supplies it to each input terminal, and activates this neural network to perform the operation processing. Then, the value of the actual cerebral cortical potential distribution based on this actual scalp potential distribution is formed at each output end.

【0055】つまり、この脳内ニューロンの電気的な活
動を推定及び表示するシステムでは、前記したMCHM
モデルを使用して、頭皮上の電位分布から脳皮質の表面
における電気的な状態を推定し、この推定した結果から
求めた画像を頭部の断層画像に合成し、脳皮質の表面に
おける前記した個々の襞においてさえも精確に密着して
表示することができる様になっている。
That is, in the system for estimating and displaying the electrical activity of the neurons in the brain, the MCHM described above is used.
Using the model, the electrical state on the surface of the cerebral cortex is estimated from the electric potential distribution on the scalp, and the image obtained from this estimated result is synthesized into a tomographic image of the head, and the above-described on the surface of the cerebral cortex. Even individual folds can be displayed in close contact with each other accurately.

【0056】尚、本発明の方法は前述にのみ限定される
ものではなく、前記した抽出及び分析するそれぞれの段
階において、時間及び位置を処理する順序はいずれを先
に実行してもよいし、ニューラル・ネットワークは2層
以上が好ましいが単層でもよく、ネットワークの構成要
素は線型回路のみ、あるいは線型及び非線形回路を合成
するものであってもよく本発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々の変更を加えうることは勿論である。
It should be noted that the method of the present invention is not limited to the above, and in each of the above-mentioned steps of extraction and analysis, the order of processing time and position may be executed first, Although the neural network preferably has two or more layers, it may be a single layer, and the constituent elements of the network may be only linear circuits, or may be those that combine linear and non-linear circuits, and various modifications are made without departing from the scope of the present invention. Needless to say, can be added.

【0057】[0057]

【発明の効果】頭皮上において計測した電位の波形か
ら、立体的な曲面における等価モデルを時間を追って推
定し、実際の脳内構造上に活動部位を表示するので、分
析者が現実的な診断を下すことができ、大脳皮質におけ
るニューロンの電気的な活動状態を多面的で確実に行う
ことができる様になった。従って、この頭皮上における
電位の分析について、各種の信号処理により分布を立体
的に表示し、脳内の情報処理の詳細な状態を実態に則し
た位置、ベクトル、及び時間との関係で識別し、現実的
で再現性のある診断を行うことができる様になる。ま
た、特定の被験者について、このMCHMモデルをニュ
ーラル・ネットワークに学習させ、その精神活動による
コントロール状態と活性状態とに現れるそれぞれの相関
の分布パターンを時間を追い比較して、その相違を識別
し定量化することができ、不特定の被験者についてはエ
キスパート・システムを適用し、精神の活動状態を指摘
することができる様になる。
[Effects of the Invention] An equivalent model on a three-dimensional curved surface is estimated over time from the waveform of the potential measured on the scalp, and the active site is displayed on the actual brain structure. It became possible to perform multifaceted and reliable electrical activity of neurons in the cerebral cortex. Therefore, regarding the analysis of the electric potential on the scalp, the distribution is stereoscopically displayed by various signal processing, and the detailed state of information processing in the brain is identified by the position, vector, and time in accordance with the actual situation. Therefore, it becomes possible to make a realistic and reproducible diagnosis. Further, for a specific subject, this MCHM model is trained by a neural network, and the distribution patterns of the respective correlations that appear in the control state and the active state due to the mental activity are compared over time, and the differences are identified and quantified. It becomes possible to apply the expert system to unspecified subjects and point out the mental activity state.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の方法による実施例を原理的に示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing in principle an embodiment according to the method of the present invention.

【図2】図1に使用する等価モデルを脳構造から説明す
る説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the equivalent model used in FIG. 1 from the brain structure.

【図3】図1に使用する装置を概略的に示すブロック図
である。
FIG. 3 is a block diagram schematically showing the apparatus used in FIG.

【図4】図1に使用するプログラムを概略的に示す流れ
図である。
FIG. 4 is a flowchart schematically showing a program used in FIG.

【図5】図4を部分的に詳しく示す流れ図である。FIG. 5 is a flowchart showing a part of FIG. 4 in detail.

【図6】従来の表示方法を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a conventional display method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

DET 測定装置 MRI 形状計測装置 1 補正部 5 システム 6 主要部 7 第1の、又は第2の設定段階 8 第1の、又は第2の推定段階 9 第1の、又は第2の作画段階 10 整理段階 DET measuring device MRI shape measuring device 1 correction part 5 system 6 main part 7 first or second setting step 8 first or second estimation step 9 first or second drawing step 10 rearrangement Stage

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G06F 15/62 390 B ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location G06F 15/62 390 B

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 頭皮上における電位の分布である頭皮電
位分布から脳内の皮質における電位の分布である脳皮質
電位分布を推定し、前記皮質における活動ニューロンの
空間的な分布を追跡する脳内における皮質活動追跡方法
であって、 頭部の多重的な内部構造を模擬的に現す多重領域頭部モ
デルを形成し、前記多重領域頭部モデルの内部に電気的
な両極を有する電気2重層を設定して、前記電気2重層
を電気的に単位強度を有する複数の小領域に区分する設
定段階と、 前記複数の小領域のそれぞれについて前記単位強度を演
算し、前記頭皮電位分布に変換して基準頭皮電位分布を
求め、前記基準頭皮電位分布と実際に計測される計測頭
皮電位分布との第1の2乗誤差を演算して、前記第1の
2乗誤差を最小にするための特定の小区域とその強度と
を決定して追跡する推定段階とを設けて構成しているこ
とを特徴とする脳内における皮質活動追跡方法。
1. A brain for estimating a cerebral cortical potential distribution, which is a potential distribution in a cortex in the brain, from a scalp potential distribution, which is a potential distribution on the scalp, and tracing a spatial distribution of active neurons in the cortex. In the method for tracking cortical activity in, a multi-region head model that simulates multiple internal structures of the head is formed, and an electric double layer having electrical both poles is formed inside the multi-region head model. And a setting step of electrically dividing the electric double layer into a plurality of small regions having unit intensity, calculating the unit intensity for each of the plurality of small regions, and converting the unit intensity into the scalp potential distribution. A reference scalp potential distribution is obtained, a first squared error between the reference scalp potential distribution and the actually measured measured scalp potential distribution is calculated, and a specific squared error for minimizing the first squared error is calculated. Subdivision and its strength Cortical activity tracking methods in the brain, characterized in that it is constructed by providing the estimation step of tracking to determine and.
【請求項2】 前記推定段階は、前記特定の小区域に最
も近い周辺にある周辺区域について第2の2乗誤差を最
小にするための強度を決定する処理を含んでおり、 前記第2の2乗誤差が所定の限界値に到達するまで新た
な前記複数の小区域を前記周辺区域と置換しつつ前記推
定段階を繰り返し遂行して前記脳皮質電位分布を推定す
る様になっていることを特徴とする請求項1に記載の脳
内における皮質活動追跡方法。
2. The estimating step includes the step of determining an intensity for minimizing a second squared error with respect to a peripheral area closest to the specific sub-area, Until the squared error reaches a predetermined limit value, the estimation step is repeatedly performed while replacing the new plurality of small areas with the peripheral area, and the brain cortical potential distribution is estimated. The method for tracking cortical activity in the brain according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記推定段階に続けて、前記推定段階で
決定される前記それぞれの小区域を前記内部構造と立体
的に合成する合成画像を形成し、前記合成画像において
前記それぞれの小区域を前記その強度に基づいて強調す
る強調画像に変換して作画する作画段階を付加して構成
しており、 前記脳皮質電位分布を時間を追って変化する分布図とし
て記憶しつつ表示する様になっていることを特徴とする
請求項1、又は請求項2に記載の脳内における皮質活動
追跡方法。
3. Following the estimation step, a composite image is formed that stereoscopically combines the respective sub-areas determined in the estimation step with the internal structure, and the respective sub-areas are formed in the composite image. It is configured by adding a drawing step of converting to an emphasized image to be emphasized based on the intensity and drawing the image, and the cerebral cortical potential distribution is displayed while being stored as a distribution map that changes with time. The method for tracking cortical activity in the brain according to claim 1 or 2, wherein:
【請求項4】 頭皮上における電位の分布である頭皮電
位分布から脳内の皮質における電位の分布である脳皮質
電位分布を推定し、前記皮質における活動ニューロンの
空間的な分布を追跡する脳内における皮質活動追跡装置
であって、 頭部の多重的な内部構造を模擬的に現す多重領域頭部モ
デルを形成し、前記多重領域頭部モデルの内部に電気的
な両極を有する電気2重層を設定して、前記電気2重層
を電気的に単位強度を有する複数の小領域に区分する設
定段階と、 前記複数の小領域のそれぞれについて前記単位強度を演
算し、前記頭皮電位分布に変換して基準頭皮電位分布を
求め、前記基準頭皮電位分布と実際に計測される計測頭
皮電位分布との第1の2乗誤差を演算して、前記第1の
2乗誤差を最小にするための特定の小区域とその強度と
を決定して追跡する推定段階とを設けて構成しているこ
とを特徴とする脳内における皮質活動追跡装置。
4. A brain for estimating a cerebral cortical potential distribution, which is a potential distribution in a cortex in the brain, from a scalp potential distribution, which is a potential distribution on the scalp, and tracing a spatial distribution of active neurons in the cortex. In the cortical activity tracking device according to claim 1, a multi-region head model that simulates multiple internal structures of the head is formed, and an electric double layer having electric bipolar is formed inside the multi-region head model. And a setting step of electrically dividing the electric double layer into a plurality of small regions having unit intensity, calculating the unit intensity for each of the plurality of small regions, and converting the unit intensity into the scalp potential distribution. A reference scalp potential distribution is obtained, a first squared error between the reference scalp potential distribution and the actually measured measured scalp potential distribution is calculated, and a specific squared error for minimizing the first squared error is calculated. Subdivision and its strength Cortical activity tracking device in the brain, characterized in that it is constructed by providing the estimation step of tracking to determine and.
【請求項5】 前記推定段階は、前記特定の小区域に最
も近い周辺区域について第2の2乗誤差を最小にするた
めの強度を決定する処理を含んでおり、 前記第2の2乗誤差が所定の限界値に到達するまで新た
な前記複数の小区域を前記周辺区域と置換しつつ前記推
定段階を繰り返し遂行して前記脳皮質電位分布を推定す
る様になっていることを特徴とする請求項4に記載の脳
内における皮質活動追跡装置。
5. The estimating step includes the step of determining an intensity for minimizing a second squared error for a peripheral area closest to the particular sub-area, wherein the second squared error is determined. Until a predetermined limit value is reached, the estimation step is repeatedly performed while replacing the new plurality of small areas with the peripheral area, and the brain cortical potential distribution is estimated. The cortical activity tracking device in the brain according to claim 4.
【請求項6】 前記推定段階に続けて、前記推定段階で
決定される前記それぞれの小区域を前記内部構造と立体
的に合成する合成画像を形成し、前記合成画像において
前記それぞれの小区域を前記その強度に基づいて強調す
る強調画像に変換して作画する作画段階を付加して構成
しており、 前記脳皮質電位分布を時間を追って変化する分布図とし
て記憶しつつ表示する様になっていることを特徴とする
請求項4、又は請求項5に記載の脳内における皮質活動
追跡装置。
6. Following the estimation step, a composite image is formed that stereoscopically combines the respective sub-areas determined in the estimation step with the internal structure, and the respective sub-areas are formed in the composite image. It is configured by adding a drawing step of converting to an emphasized image to be emphasized based on the intensity and drawing the image, and the cerebral cortical potential distribution is displayed while being stored as a distribution map that changes with time. The cortical activity tracking device in the brain according to claim 4 or 5, wherein:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008229238A (en) * 2007-03-23 2008-10-02 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Brain activity analysis method and device
WO2023163444A1 (en) * 2022-02-25 2023-08-31 재단법인 아산사회복지재단 Method and device for generating precise ndt brain image

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01256932A (en) * 1988-04-08 1989-10-13 Toshimitsu Musha Display device for equivalent current dipole in human body

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