Método basado en filtro de partículas de referencia de costo para construir redes cerebrales efectivas: aplicación en magnetoencefalografía con magnetómetro bombeado ópticamente
Autores: Ma, Yuyu; Liang, Xiaoyu; Wu, Huanqi; Lu, Hao; Li, Yong; Liu, Changzeng; Gao, Yang; Xiang, Min; Yu, Dexin; Ning, Xiaolin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Método basado en filtro de partículas de referencia de costo para construir redes cerebrales efectivas: aplicación en magnetoencefalografía con magnetómetro bombeado ópticamente
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
Magnetómetro bombeado ópticamente
Magnetoencefalografía
Redes cerebrales efectivas
Causalidad de Granger
Modelo autorregresivo multivariado
Método CRPF
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 30
Citaciones: Sin citaciones
La magnetocencefalografía con magnetómetro bombeado ópticamente (OPM-MEG) representa un método novedoso para registrar señales neurales en el cerebro, ofreciendo el potencial de medir características neuroimagenológicas críticas como las redes cerebrales efectivas. Las redes cerebrales efectivas describen las relaciones causales y el flujo de información entre regiones cerebrales. Al construir redes cerebrales efectivas utilizando la causalidad de Granger, se asume típicamente que el ruido en el modelo autorregresivo multivariado (MVAR) sigue una distribución gaussiana. Sin embargo, en mediciones experimentales, las características estadísticas del ruido son difíciles de determinar. En este artículo, se propone un método de causalidad de Granger basado en un filtro de partículas de referencia de costo (CRPF) para construir redes cerebrales efectivas bajo condiciones de ruido desconocidas. Los resultados de simulación muestran que los errores de estimación promedio de los coeficientes del modelo MVAR utilizando el método CRPF se reducen en un 53.4% y un 82.4% en comparación con el filtro de Kalman (KF) y el filtro de máxima correntropía (MCF) bajo ruido gaussiano, respectivamente. El método CRPF reduce los errores de estimación promedio en un 88.1% y un 85.8% en comparación con el MCF bajo ruido de distribución alfa-estable y el método KF bajo condiciones de ruido rosa, respectivamente. En un experimento, el método CRPF recupera las características latentes de la conectividad efectiva de datos de estimulación somatosensorial de referencia en ratas, movimiento de dedos humanos y paradigmas de rareza auditiva medidos utilizando OPM-MEG, lo cual está en excelente acuerdo con la fisiología conocida. Los resultados de simulación y experimentales demuestran la efectividad del algoritmo propuesto y OPM-MEG para medir redes cerebrales efectivas.
Descripción
La magnetocencefalografía con magnetómetro bombeado ópticamente (OPM-MEG) representa un método novedoso para registrar señales neurales en el cerebro, ofreciendo el potencial de medir características neuroimagenológicas críticas como las redes cerebrales efectivas. Las redes cerebrales efectivas describen las relaciones causales y el flujo de información entre regiones cerebrales. Al construir redes cerebrales efectivas utilizando la causalidad de Granger, se asume típicamente que el ruido en el modelo autorregresivo multivariado (MVAR) sigue una distribución gaussiana. Sin embargo, en mediciones experimentales, las características estadísticas del ruido son difíciles de determinar. En este artículo, se propone un método de causalidad de Granger basado en un filtro de partículas de referencia de costo (CRPF) para construir redes cerebrales efectivas bajo condiciones de ruido desconocidas. Los resultados de simulación muestran que los errores de estimación promedio de los coeficientes del modelo MVAR utilizando el método CRPF se reducen en un 53.4% y un 82.4% en comparación con el filtro de Kalman (KF) y el filtro de máxima correntropía (MCF) bajo ruido gaussiano, respectivamente. El método CRPF reduce los errores de estimación promedio en un 88.1% y un 85.8% en comparación con el MCF bajo ruido de distribución alfa-estable y el método KF bajo condiciones de ruido rosa, respectivamente. En un experimento, el método CRPF recupera las características latentes de la conectividad efectiva de datos de estimulación somatosensorial de referencia en ratas, movimiento de dedos humanos y paradigmas de rareza auditiva medidos utilizando OPM-MEG, lo cual está en excelente acuerdo con la fisiología conocida. Los resultados de simulación y experimentales demuestran la efectividad del algoritmo propuesto y OPM-MEG para medir redes cerebrales efectivas.