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ANTS Chap. 22
Surface Laplacian
坂本 嵩
慶應義塾大学環境情報学部
学部・大学院修士四年一貫教育プログラム
2020.05.20. ANTS輪読会
Cohen (2014), “Analyzing Neural Time Series Data”
本スライドはANTS本の22章を
参考にしています。
脳波解析を簡潔にbut網羅的に
解説する良書です。
原著あたった方が早いかも。
付録ありで、かなり進めやすいです。
・YouTubeのビデオレクチャー
・無料のサンプルコード
・有料のUdemyバージョン
その前に
ラプラシアンフィルタ
目次
目的・メリット・デメリット・注意
点
1. ラプラシアンフィルタとは
空間局所度があがり、
topographic mapの可視化が便利に
2. 嬉しいこと①:空間局所度
Volume Conductionが減ると
コネクティビティが捗る
3. 嬉しいこと②:コネクティビティ
要は重み付け
4. 計算方法
#とは空間局所度結合性計算方法
空間におけるハイパスフィルタ
周波数フィルタ
特定の周波数情報を目立たせる
空間フィルタ
特定の空間情報を目立たせる
頭皮全体に渡る活動を減衰させる
ラプラシアンフィルタとは
#とは
メリット・デメリット
メリット
・電極ベースの空間局所度↑
・Volume-conduction ノイズ↓
・レファレンス電極に依らない
・パラメータ / 仮定が少ない
(↔活動源推定)
ラプラシアンフィルタとは
デメリット
・頭蓋全体に渡る活動↓ e.g.) P3b
・脳回表面の活動のみ取れる
・深い or 振幅が超同期している
活動源は取れない
#とは
注意点
・電極が多くないとダメ(最低64ch)
100以上が望ましい
空間フィルタなんだからサンプリング点は多くないと、ね
・時間データにしかかけちゃダメ
時間周波数解析の後にかけちゃダメ(α帯だけとかは🙅)
ERPは時間データのままなのでおk
・一部の条件 / 被験者を抜き出すのはダメ
ラプラシアンフィルタとは
#とは
空間局所度の上昇(右:シミュ、下:実データ)
右A: 低周波なシード@Pz
右B: 高周波なシード@C3, C4
右C: A + B (観測値)
右D: C + ラプラシアンフィルタ
高周波成分が取り出せる!
嬉しいこと①
空間局所度
空間局所度の上昇、その解釈
①◯生◯ラプラシアン
・600msの左前中頭
→元々見えてた信号
②✕生◯ラプラシアン
・200msの右後頭
・300-600msの右前中頭
→隠れてた信号
③◯生✕ラプラシアン
→容積伝導ノイズ (or 全体的な活動)
嬉しいこと①
空間局所度
おまけ:>100chの場合
超高周波成分が除けたりする
嬉しいこと①
空間局所度
コネクティビティ解析におけるノイズ削減
嬉しいこと②
分散の80%は距離、わお ほら、すごいでしょ!
結合性
ナイーブな近似
近傍電極の平均を引き算する→全体的な活動はなんとなく消える
でも容積伝導は距離によって決まる
→Perrin et al. の方法
計算方法
計算方法
大まかな流れ(Perrin et al.の方法)
①重み行列G・Hを計算
②G行列をデータに適用
③H行列をかけてラプラシアンを計算
計算方法
計算方法
G行列・H行列:重み行列
計算方法
計算方法
G行列・H行列:重み行列
i, j: 電極のインデックス
cosdistij: 電極iと電極jの位置ベクトルのコサイン類似度≒内積≒距離
m: 定数。4が推奨。小さいと高周波数情報のみを通すようになる
Pn(x): ルジャンドル多項式(ググって)
n: ルジャンドル多項式の次数。7が推奨。
計算方法
計算方法
G行列・H行列:ルジャンドル多項式の次数
増やせば空間周波数↑
高すぎると個別性↑共通性↓
=被験者間平均・比較が困難に
著者は7を推奨
64chだと10くらいまで情報が増える
(空間サンプリング周波数=電極数
より空間周波数が高くなる限度)
100chまでだと13とか15まで
計算方法
計算方法
重み行列をデータにかける→ラプラシアン
λ:Gの対角成分に足す平滑化パラメーター
10-5 ~10-6 推奨。大きいと平滑に、小さいと局所的に。
(中身何も理解できてないです。。。)
計算方法
計算方法
空間のハイパスフィルタ→ノイズ除去&可視化
頭皮全体に渡る活動を除去
局所的な活動が見えやすくなる!
容積伝導のノイズも減る!
でもP3bとかは消えちゃう…
まとめ
まとめ

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