[VBMEG-users:00205] 皮質電流推定のダイポールの自由度に関するご質問

[Ryoji, Nemoto]

ご担当者様

芝浦工業大学大学院理工学研究科の根本遼史と申します．
初めてご質問させていただきます．表題にありますように，ダイポールの自由度に関する質問をさせていただきたくご連絡させていただきました．大きく分けて2つございます．

①ダイポールの自由度に関する解釈
私は、VBMEGを用いてEEGデータから電流源推定を行っております．
現在は，個人脳を使用してダイポールの自由度を１としてリードフィールド行列を作成し、電流源推定を行っております.リアルスティックモデルでは、皮質構造制約によりダイポールの自由度を1として考えることが可能であるということを先日のミーティング（2022）で説明していただいたと記憶しております．
これについての解釈として，以下の２点は正しいでしょうか？（見当違いな解釈でしたらすみません．）

1.低い自由度であっても皮質構造制約を利用することで近似的に解析が有効であるといえる．
2.自由度を上げることでより詳細な皮質電流を解析が可能である．

もし，この解釈が間違いでなければ，ダイポールの自由度を3にして推定をしようと考えております．特に大脳縦裂付近の電流双極子については自由度を3にして推定することがより有効であるのではないかと考えております．
推定論に関して勉強中の身であるため自由度を上げることによりモデルの誤差がどのように変わるのかなどについては全く検討ができていないため，もしそのような点で自由度を上げることに問題点がある場合にはご教授いただけるとありがたいです．

②ダイポールの自由度を3に変更する場合のパラメータの設定などについて
標準脳を使用した解析も行っているため，このデータについても自由度を3に変更して推定を行いたいと思っています．これは先日のミーティング（2022）のVBMEGのチュートリアルのセッションにおいて，推定精度の向上が見られるかもしれないということをおっしゃられていたと記憶しているため，ぜひ試してみたいと考えております．これに関してお聞きしたいことは以下の2点です．
１．自由度を３に変更する場合、他に変更する必要のあるパラメータ，データはございますでしょうか？
2.この際に、座標軸（x,y,z）はどのように定義されるのでしょうか？

長文になってしまい申し訳ございません．よろしくお願いいたします．

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芝浦工業大学大学院

理工学研究科 電気電子情報工学専攻 1年

生体電子工学研究室

MA23148 根本遼史

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[Yamashita Okito]

根本様

ATR山下です。
質問ありがとうございます。

>> ①ダイポールの自由度に関する解釈
>> 私は、VBMEGを用いてEEGデータから電流源推定を行っております．
>> 現在は，個人脳を使用してダイポールの自由度を１としてリードフィールド行列を作成し、電流源推定を行っております.リアルスティックモデルでは、皮質構造制約によりダイポールの自由度を1として考えることが可能であるということを先日のミーティング（2022）で説明していただいたと記憶しております．
>> これについての解釈として，以下の２点は正しいでしょうか？（見当違いな解釈でしたらすみません．）
>>
>> 1.低い自由度であっても皮質構造制約を利用することで近似的に解析が有効であるといえる．
>> 2.自由度を上げることでより詳細な皮質電流を解析が可能である．

少し誤解があると思います。電流源推定では逆問題を解く際のパラメータ推定(電流強度)の不定性が一番の問題です。パラメータ数が多ければ多いほど、パラメータ推定の不定性は増し、データから正確にパラメータを決めることが出来なくなります。その不定性を下げるための１つの方法として、皮質構造制約が導入されました。ただ、皮質構造制約にも問題があります。皮質構造（灰白質-白質境界面）はT1画像からfreesurferなどのツールで抽出しますが、この抽出自体もエラーが起こり得ます。その場合、電流源が皮質と垂直方向に向いているという仮定が間違えとなり推定精度が下がることが予想されます。この場合は3方向のダイポールを仮定するのは良い方法だと思います。皮質抽出の誤差が少ないケースではloose
orientation constraint という方法も提案されています
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6871274/。　　

まとめると、皮質構造が正確に抽出されているのであれば、自由度１で十分であり、それが疑わしい場合に自由度3を試すのが良いと思います。実際上は、皮質構造の抽出が正確がどうか客観的に判断するのは容易でないため、両者の使い分けも主観的にならざる得ないかと思います。

>> 推定論に関して勉強中の身であるため自由度を上げることによりモデルの誤差がどのように変わるのかなどについては全く検討ができていないため，もしそのような点で自由度を上げることに問題点がある場合にはご教授いただけるとありがたいです．

我々のグループでもちゃんと評価したことがないです。まずは上に挙げた論文の結果を参考にしてみてください。

>> １．自由度を３に変更する場合、他に変更する必要のあるパラメータ，データはございますでしょうか？

リードフィールド計算時に3方向に対応したリードフィールを計算する以外は、特に変更する必要はないかと思います。

>> 2.この際に、座標軸（x,y,z）はどのように定義されるのでしょうか？

VBMEGの座標系は、FreeSurferが採用しているRASと同じものです
(正確にはVBMEG座標系の原点は各個人のT1画像の中心点になります)。
https://www.fieldtriptoolbox.org/faq/coordsys/

> As an example: RAS means that the first dimension orients towards Right, the second dimension orients towards Anterior, the third dimension orients towards Superior.

　
山下

On 2023/05/12 16:26, Ryoji, Nemoto wrote:
> ご担当者様
>
> 芝浦工業大学大学院理工学研究科の根本遼史と申します．
> 初めてご質問させていただきます．表題にありますように，ダイポールの自由度に関する質問をさせていただきたくご連絡させていただきました．大きく分けて2つございます．
>
> ①ダイポールの自由度に関する解釈
> 私は、VBMEGを用いてEEGデータから電流源推定を行っております．
> 現在は，個人脳を使用してダイポールの自由度を１としてリードフィールド行列を作成し、電流源推定を行っております.リアルスティックモデルでは、皮質構造制約によりダイポールの自由度を1として考えることが可能であるということを先日のミーティング（2022）で説明していただいたと記憶しております．
> これについての解釈として，以下の２点は正しいでしょうか？（見当違いな解釈でしたらすみません．）
>
> 1.低い自由度であっても皮質構造制約を利用することで近似的に解析が有効であるといえる．
> 2.自由度を上げることでより詳細な皮質電流を解析が可能である．
>
> もし，この解釈が間違いでなければ，ダイポールの自由度を3にして推定をしようと考えております．特に大脳縦裂付近の電流双極子については自由度を3にして推定することがより有効であるのではないかと考えております．
> 推定論に関して勉強中の身であるため自由度を上げることによりモデルの誤差がどのように変わるのかなどについては全く検討ができていないため，もしそのような点で自由度を上げることに問題点がある場合にはご教授いただけるとありがたいです．
>
> ②ダイポールの自由度を3に変更する場合のパラメータの設定などについて
> 標準脳を使用した解析も行っているため，このデータについても自由度を3に変更して推定を行いたいと思っています．これは先日のミーティング（2022）のVBMEGのチュートリアルのセッションにおいて，推定精度の向上が見られるかもしれないということをおっしゃられていたと記憶しているため，ぜひ試してみたいと考えております．これに関してお聞きしたいことは以下の2点です．
> １．自由度を３に変更する場合、他に変更する必要のあるパラメータ，データはございますでしょうか？
> 2.この際に、座標軸（x,y,z）はどのように定義されるのでしょうか？
>
> 長文になってしまい申し訳ございません．よろしくお願いいたします．
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Okito Yamashita
1 Department Head, Department of Computational Brain Imaging,
Neural Information Analysis Laboratories, ATR
2 Team Leader, Computational Brain Dynamics Team, Riken-AIP
Address : 2-2-2 Hikaridai,Seika-cho,Soraku-gun,Kyoto,Japan
Phone : +81-774-95-1073
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[Ryoji, Nemoto]

山下様

わかりやすいご説明，ご回答をありがとうございます．ご質問させていただいた根本遼史です．

皮質構造制約がパラメータ推定の不定性という問題に対処するための手段の一つであったこと，
そして皮質構造制約も場合によっては推定精度を下げる要因になりうることについて理解いたしました．
ご紹介していただいた論文も読んでみます．ありがとうございます．
ご教授いただいた問題点を理解したうえで，自由度を３にした推定についても行ってみたいと思います．

ご返信に貴重なお時間を頂きましてありがとうございました．
またご質問させていただく機会がございましたら，その際はよろしくお願いいたします．

芝浦工業大学大学院 根本遼史

2023年5月15日(月) 11:29 Yamashita Okito <oyam...@atr.jp>:

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芝浦工業大学大学院

理工学研究科 電気電子情報工学専攻 1年

生体電子工学研究室

MA23148 根本遼史

MAIL: ag1...@shibaura-it.ac.jp