スパース性により、MEGとEEGからの皮質下および皮質活動の両方を推定することができます

皮質下構造は、脳機能において重要な役割を果たします。ただし、これらの構造における電気生理学的活性を評価するためのオプションは限られています。皮質下構造における神経活動によって生成される電磁界は、磁気脳波（MEG）と脳波（EEG）を使用して、非侵襲的に記録できます。ただし、これらの皮質下シグナルは、皮質活動によって生成されたシグナルよりもはるかに弱いです。さらに、分布した皮質活動が深いソースによって生成されたMEGおよびEEGパターンを説明できるため、皮質下源を解決することは困難であることをここで示します。次に、皮質活動が空間的にまばらである場合、皮質源と皮質下の両方のソースをM/EEGで解決できることを示します。この洞察に基づいて、M/EEGの階層的スパース逆ソリューションを開発します。現実的なシミュレーションと聴覚誘発応答データでのこのアルゴリズムのパフォーマンスを評価し、皮質活動の存在下で視床源と脳幹源を正しく推定できることを示します。私たちの研究は、人間の脳の皮質下構造における電気生理学的活動を特徴付けるための代替の視点とツールを提供します。

Subcortical structures play a critical role in brain function. However, options for assessing electrophysiological activity in these structures are limited. Electromagnetic fields generated by neuronal activity in subcortical structures can be recorded noninvasively, using magnetoencephalography (MEG) and electroencephalography (EEG). However, these subcortical signals are much weaker than those generated by cortical activity. In addition, we show here that it is difficult to resolve subcortical sources because distributed cortical activity can explain the MEG and EEG patterns generated by deep sources. We then demonstrate that if the cortical activity is spatially sparse, both cortical and subcortical sources can be resolved with M/EEG. Building on this insight, we develop a hierarchical sparse inverse solution for M/EEG. We assess the performance of this algorithm on realistic simulations and auditory evoked response data, and show that thalamic and brainstem sources can be correctly estimated in the presence of cortical activity. Our work provides alternative perspectives and tools for characterizing electrophysiological activity in subcortical structures in the human brain.