JPH03280934A - Estimating system for magnetic field-generarting source - Google Patents

Estimating system for magnetic field-generarting source

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JPH03280934A
JPH03280934A JP2080723A JP8072390A JPH03280934A JP H03280934 A JPH03280934 A JP H03280934A JP 2080723 A JP2080723 A JP 2080723A JP 8072390 A JP8072390 A JP 8072390A JP H03280934 A JPH03280934 A JP H03280934A
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JP
Japan
Prior art keywords
magnetic field
neuron
distribution
source
dipole
Prior art date
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Pending
Application number
JP2080723A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisashi Tsuruoka
鶴岡 久
Nobuyuki Murai
伸行 村井
Hiroari Fukunishi
宏有 福西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2080723A priority Critical patent/JPH03280934A/en
Publication of JPH03280934A publication Critical patent/JPH03280934A/en
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  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明は磁場の発生源の推定、特に脳磁場の発生源の推
定、すなわち脳神経系の活動部位を推定する方式に関す
るものである。
The present invention relates to a method for estimating the source of a magnetic field, and in particular, a method for estimating the source of a brain magnetic field, that is, the active site of the cranial nervous system.

【従来の技術】[Conventional technology]

生物の神経系、筋線維系の機能を解明するためには、こ
れらの系から発生する磁場を調べる方法が有効である。 この方法における基本的課題は、磁場の発生源を如何に
正確に推定するかにある。 脳磁場の発生は脳神経系の活動電流に起因しており、比
較的方向の揃った脳神経束が同時に興奮すると明瞭な磁
場を発生することが知られている。 また、上記磁場発生源のモデルとしては、導体を電流が
流れる電流双極子モデルが最も多く採用されている。 従来の電流双極子の推定方法は、単一の電流双極子を前
提とするものと、複数の電流双極子を前提とするものに
分かれる。単一の電流双極子の推定方法のうち、最も基
本的で且つ古くから採用されているものは、磁場の強さ
の最大点と最小点の距離をΔとしたとき、電流双極子が
測定面に並行であれば、それは二点の中間の深さΔ/J
2に位置すると推定するものである。これを任意の向き
の電流双極子に拡張したものとして、電流双極子の位置
2強度、および方向をパラメータとしたモデルを作り、
モデル上の磁場と測定磁場の自乗誤差を最小にするよう
にパラメータを決定するものがある。この方法は1発生
源が複数ある場合の電流双極子推定にも拡張できる。 一方、複数の電流双極子の推定方法としては、代数的再
構成法、フーリエ変換法、最大エンド
In order to elucidate the functions of the nervous system and muscle fiber system of living things, it is effective to investigate the magnetic fields generated by these systems. The fundamental problem with this method is how to accurately estimate the source of the magnetic field. The generation of brain magnetic fields is caused by active currents in the cranial nervous system, and it is known that a distinct magnetic field is generated when cranial nerve bundles that are relatively aligned in direction are simultaneously excited. Moreover, as a model of the above-mentioned magnetic field generation source, a current dipole model in which a current flows through a conductor is most often adopted. Conventional current dipole estimation methods are divided into those that assume a single current dipole and those that assume a plurality of current dipoles. Among the methods for estimating a single current dipole, the most basic and long-used method is to estimate the current dipole when the distance between the maximum and minimum magnetic field strength points is Δ, and the current dipole is located at the measurement surface. If it is parallel to , it is the depth Δ/J between the two points
It is estimated that it is located at No. 2. By extending this to a current dipole in any direction, we create a model with the position 2 strength and direction of the current dipole as parameters.
Some methods determine parameters to minimize the squared error between the magnetic field on the model and the measured magnetic field. This method can also be extended to current dipole estimation when there are multiple sources. On the other hand, methods for estimating multiple current dipoles include algebraic reconstruction method, Fourier transform method, maximum end

【ピー法がある0
代数的再構成法では、各電流X極子分布の推定磁場と測
定磁場との差から、電流X極子分布の修正量を導き、こ
れを各電流双極子株布に加算することにより、反復的に
解くようにしている。フーリエ変換法は、電流双極子と
測定角が平行な平面内にあると仮定し、マスクラエルク
式をフーリエ変換することにより、電流と磁界し;関す
る線形方程式を得、これを解くものである。 また、最大エントロピー法は、電流双極子の推淀分布の
うちで最も情報構造が少ないものを解とするものである
。 以上の状況については、アイ・イー・イー・イー トラ
ンザクション オン バイオメディカルエンジニアリン
グ、ビー エム イー34,9(1987)第713頁
から第723頁(I  E E E 、  Trans
、  on  BiomedicalEngineer
ing、 BME−34,9(1987)pp713−
723)において論じられている。 【発明が解決しようとする課題1 然るに、上述した従来の方法においては次のような問題
がある。 例えば、脳では多数の神経系が同時に活動しているため
に、磁場発生源の局在性の強いてんかん等への応用以外
では1位置の異なる複数個の磁場の推定ができることが
望ましい。モデル磁場と実際に測定さ九た磁場の自乗誤
差最小の条件から磁場発生源を推定する方法は、発生源
が複数の場合にも拡張できるが、推定時に得られる非線
形方程式を解くための計算量が単一の磁場発生源の場合
に比べて飛躍的に増えるという欠点がある。代数的再構
成法では、測定磁場に含まれる雑音の影響が強く、収束
が極めて悪いという欠点がある。また、フーリエ変換法
は、電流双極子と測定面の位置関係が限定されてしまう
という問題があり、最大エントロピー法も、脳神経活動
において情報構造最少の原理が本当に成立しているかど
うか疑問が残る。 このように従来の方法は、実際の神経系を説明するには
不十分な推定しかできず、一方、実際の神経系のように
複数の発生源を推定しようとすると、計算量の増加や収
束の悪化が起こるという問題がある。 本発明の目的は、脳磁場分布の測定結果をもとに、計算
量の増大を招くことなく、効率よく単数或は複数の脳磁
場の発生源の分布を推定する方法。 及び装置を提供することにある2 【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するために、本発明は、有限個の場所で
測定して得られる脳磁場の分布情報に基づいて、神経回
路網のニューロン結合係数を設定し、神経回路網のエネ
ルギー関数の変化が極値、あるいは所定の推移をとった
ときのニューロンの状態と磁場発生源の分布とを対応さ
せることにより、脳磁場発生源を推定するようにしたこ
とを特徴とする。
[There is a P method 0
In the algebraic reconstruction method, the correction amount of the current X-pole distribution is derived from the difference between the estimated magnetic field and the measured magnetic field of each current X-pole distribution, and this is added to each current dipole distribution to solve iteratively. That's what I do. The Fourier transform method assumes that the current dipole and the measurement angle are in parallel planes, performs Fourier transform on the Maskra-Elk equation, obtains a linear equation related to the current and the magnetic field, and solves the linear equation. Furthermore, the maximum entropy method uses as a solution the one with the least information structure among the stagnation distributions of current dipoles. Regarding the above situation, see IE Transactions on Biomedical Engineering, B.M.E. 34, 9 (1987), pp. 713 to 723 (IE E E, Trans.
, on Biomedical Engineer
ing, BME-34, 9 (1987) pp713-
723). [Problem to be Solved by the Invention 1] However, the conventional method described above has the following problems. For example, in the brain, many nervous systems are active at the same time, so it is desirable to be able to estimate a plurality of magnetic fields at different positions, except for applications such as epilepsy where the magnetic field source is highly localized. The method of estimating the magnetic field source based on the minimum square error condition between the model magnetic field and the actually measured magnetic field can be expanded to cases where there are multiple sources, but it requires a large amount of calculation to solve the nonlinear equation obtained during estimation. The disadvantage is that the amount of magnetic field increases dramatically compared to the case of a single magnetic field source. The algebraic reconstruction method has the disadvantage that it is strongly influenced by noise contained in the measured magnetic field and has extremely poor convergence. Furthermore, the Fourier transform method has the problem that the positional relationship between the current dipole and the measurement surface is limited, and the maximum entropy method also raises questions about whether the principle of minimum information structure really holds true in brain nerve activity. In this way, conventional methods can only make estimates that are insufficient to explain the actual nervous system, and on the other hand, when trying to estimate multiple sources like the actual nervous system, the amount of calculation increases and convergence increases. There is a problem that deterioration of An object of the present invention is to provide a method for efficiently estimating the distribution of one or more sources of brain magnetic fields based on measurement results of brain magnetic field distribution without increasing the amount of calculation. [Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides information on the distribution of brain magnetic fields obtained by measuring at a finite number of locations. The brain magnetic field can be generated by setting the neuron coupling coefficient of the network and by correlating the state of the neurons when the change in the energy function of the neural network reaches an extreme value or takes a predetermined transition with the distribution of the magnetic field source. The feature is that the source is estimated.

【作用】[Effect]

本発明によれば5例えば脳磁場分布から簡単に計算され
る結合係数をホップフィールド型の神経回路網のニュー
ロンに設定することにより、神経回路網の自発的なエネ
ルギー関数の短期間の変化から、ニューロンの状態と磁
場発生源の分布推定とを対応付けることが可能となる。
According to the present invention, for example, by setting a coupling coefficient easily calculated from the brain magnetic field distribution to neurons of a Hopfield type neural network, from short-term changes in the spontaneous energy function of the neural network, It becomes possible to associate the state of neurons with the distribution estimation of magnetic field generation sources.

【原理説明】[Explanation of principle]

先ず1本発明の基本原理について説明する。 現在提案されている神経回路網の工学的モデルは、ニュ
ーロンの結合形態によって相互結合型モデルと階層型モ
デルとに分類される。相互結合型モデルは、1つの平面
上で全てのニューロンを相互結合できるようにした回路
であり、ホップフィールド回路とも呼ばれている。一方
、階層型モデルは、眉間にシナプス結合を作り、情報が
層間を伝わるようにしたものである。 ホップフィールド回路においては、相互結合型神経回路
網の計算原理が最適化問題を解くための1手法となるこ
とが知られており、本発明の基本原理もこれに基づいて
いる。 すなわち、神経回路網の回路系全体の特性を表わすエネ
ルギー関数に着目すると、各ニューロンは、上記エネル
ギー関数を常に最小化するようにそれぞれの状態を自発
的に変化させるという性質を備えている。従って、目的
関数が神経回路網のエネルギー関数と同じ2次形式で表
現できるような最適化問題は、エネルギー最小化原理を
用いて神経回路網上でプログラムできる。 この場合回路網のエネルギー関数を最小化したい目的関
数や制約条件に対応させ、また、ニューロンの状態を変
数に対応させなければならない。 脳内の電流双極子n個の分布をベクトルQ、測定点m個
の磁場分布をベクトルBで表すと、ビオーサヴアールの
式を離散化することにより、WQ=B ・・・ (1) と表される。ここで、Wは測定点と電流双極子の位置と
で決まる定数(関数の配列)である。電流双極子分布の
推定をQ′とすると、Q′から得られる推定磁場分布B
′はWQ’ となる。従って。 測定磁場と推定磁場の差の自乗を目的関数Eに選ぶと、
Eは、 E=1/2・IB−B’ 12=1/2・IIB−WQII2 ・・・(2) =1/2−Wv/rQQ”−BWQ+1/2−BBT・
・・(3) となる。ここで、BB”は推定の方法と無関係な値とな
るため、これを省略すると、 E=1/2・WW”QQ”−BWQ (4) 神経回路網のエネルギー形式は、ニューロンの状態をv
l、シナプス荷重をTIJ、ニューロンのバイアス信号
を工、とすると、 E=  1/2 ・X:TIJVIVJ−ΣItV+・
・・(5) で表される。 上記式(4)と式(5)とを比較すると、電流双極子分
布をニューロン分布に対応させれば良いことがわかる。 つまり、電流双極子が存在する可能性のある空間の各座
標点に電流双極子を位置付け、ニューロンの発火の有無
を電流双極子の有無に対応させ、電流双極子の方向を表
すために各次元成分にそれぞれニューロンを割り当てる
。また。 電流双極子の大きさは興奮しているニューロンの数で表
す。 ニューロンの状態変数V、が興奮の度合に応じて0〜1
の値をとるものとし、時刻tにおけるi番目のニューロ
ンへの入力をU+(t)とすると、次の関係が成り立つ
。 dUt(t)/d t=XTtjVJ+It     
−(6)また、上記入力に対応してi番目のニューロン
がとる状態Vi(t)は、 Vt(t)=g[U□(t)] (7) となる。ここでgはシグモイド関数である。 T i i = T Jiの時、神経回路網が自発的に
エネルギーを下げていくエネルギー最小化原理が成立す
る。両者のエネルギー表現を比較することにより、Tと
工との対応のさせ方が決定される。ニューロンが最終的
には1か0をとるように、 AaΣ (1−2Vi)2 をエネルギー関数に追加すると。 E=1/2・ΣTIJV1■4−ΣI IV 5−Aa
Σ(12Vz)2 ・・・(8) となる。 以上のことから、 次の関係式が得られる。 TムJニーΣWkIWkj (9) T 目=−ΣWh+” +4 A a (10) In”ΣB hWkI2 A a       ・= 
 (11)従って、式(9)〜式(11)によってニュ
ーロンの結合係数を設定し、式(6)、(7)によって
ニューロンの状態を変化させ、式(8)のエネルギー関
数が極小となるニューロンの状態を求めることにより、
電流双極子分布が推定できる。 尚1式(6)の動作を確率的にしたものとしてボルツマ
ン−マシンが知られている。この方式は、ホップフィー
ルド型神経回路網に比べて計算時間がかかるものの高い
推定精度が得られるものとして期待されている。 以上の如く、本発明を脳の神経活動因子を電流双極子で
代表させる例によって説明したが2本発明は心臓・筋肉
等、他の生体器管の活動、および生体以外の磁界発生現
象1例えば金属腐食による化学電流が作る磁界等の発生
源推定にも適用できる。
First, the basic principle of the present invention will be explained. Currently proposed engineering models of neural networks are classified into interconnected models and hierarchical models depending on the connection form of neurons. The mutually connected model is a circuit in which all neurons can be mutually connected on one plane, and is also called a Hopfield circuit. On the other hand, the hierarchical model creates synaptic connections between the eyebrows and allows information to be transmitted between layers. In the case of Hopfield circuits, it is known that the computational principle of interconnected neural networks is one method for solving optimization problems, and the basic principle of the present invention is also based on this. That is, when focusing on the energy function that represents the characteristics of the entire circuit system of the neural network, each neuron has the property of spontaneously changing its state so as to always minimize the energy function. Therefore, an optimization problem whose objective function can be expressed in the same quadratic form as the energy function of the neural network can be programmed on the neural network using the energy minimization principle. In this case, the energy function of the network must correspond to the objective function and constraints to be minimized, and the states of neurons must correspond to variables. If the distribution of n current dipoles in the brain is represented by a vector Q, and the magnetic field distribution of m measurement points is represented by a vector B, by discretizing the Biot-Savoir equation, it can be expressed as WQ=B... (1) Ru. Here, W is a constant (array of functions) determined by the measurement point and the position of the current dipole. If the estimate of the current dipole distribution is Q', then the estimated magnetic field distribution B obtained from Q' is
' becomes WQ'. Therefore. If we choose the square of the difference between the measured magnetic field and the estimated magnetic field as the objective function E, we get
E is E=1/2・IB-B' 12=1/2・IIB-WQII2...(2) =1/2-Wv/rQQ"-BWQ+1/2-BBT・
...(3) becomes. Here, BB" is a value unrelated to the estimation method, so if it is omitted, E=1/2・WW"QQ"-BWQ (4) The energy form of the neural network is the state of the neuron as v
l, the synaptic load is TIJ, and the bias signal of the neuron is E, then E= 1/2 ・X: TIJVIVJ−ΣItV+・
...(5) Represented by: Comparing Equation (4) and Equation (5) above, it can be seen that it is sufficient to make the current dipole distribution correspond to the neuron distribution. In other words, a current dipole is located at each coordinate point in the space where a current dipole may exist, the presence or absence of neuron firing corresponds to the presence or absence of a current dipole, and each dimension is used to represent the direction of the current dipole. Assign a neuron to each component. Also. The magnitude of the current dipole is expressed by the number of excited neurons. The state variable V of the neuron varies from 0 to 1 depending on the degree of excitement.
If the input to the i-th neuron at time t is U+(t), then the following relationship holds true. dUt(t)/dt=XTtjVJ+It
-(6) Furthermore, the state Vi(t) taken by the i-th neuron in response to the above input is as follows: Vt(t)=g[U□(t)] (7). Here g is a sigmoid function. When T i i = T Ji, the energy minimization principle is established in which the neural network spontaneously lowers the energy. By comparing the energy expressions of both, the correspondence between T and engineering is determined. If we add AaΣ (1-2Vi)2 to the energy function so that the neuron will eventually take either 1 or 0. E=1/2・ΣTIJV1■4-ΣI IV 5-Aa
Σ(12Vz)2 (8) From the above, the following relational expression can be obtained. T m J knee ΣWkIWkj (9) T eye=-ΣWh+” +4 A a (10) In”ΣB hWkI2 A a ・=
(11) Therefore, by setting the neuron coupling coefficient using equations (9) to (11) and changing the state of the neuron using equations (6) and (7), the energy function of equation (8) becomes the minimum. By determining the state of neurons,
Current dipole distribution can be estimated. A Boltzmann machine is known as a stochastic version of the operation of Equation 1 (6). Although this method requires more calculation time than the Hopfield neural network, it is expected to provide higher estimation accuracy. As described above, the present invention has been explained using an example in which the neural activity factor of the brain is represented by a current dipole.2 The present invention also applies to the activities of other living organs such as the heart and muscles, and magnetic field generation phenomena other than living bodies. It can also be applied to estimating the source of magnetic fields generated by chemical currents caused by metal corrosion.

【実施例】【Example】

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。 第1図は本発明方法を実施するためのシステムの一例を
示す。40はダイポールの存在可能空間の格子点と対応
する複数のニューロン41からなるニューロン回路部で
あり、各ニューロン41は式(7)で示すシグモイド特
性を備えた増巾器で作られる。上記ニューロン41の結
合係数は、結合マトリックス42で生成される。磁界計
測装置43の出力B1〜Bnはデータ保持装置44に読
み込まれ、これらの入力データをバイアス信号決定回路
45で処理することによってニューロンバイアス信号工
の値が決定される。 上記装置の各部はタイミング制御器46から出力される
タイミング信号Tおよびリセット信号R1によって制御
される。先ず、リセット信号R1によってn個のニュー
ロン41の状態を特定の値にリセットする0次にタイミ
ング信号T□でデータ保持装置44に磁界計測装置43
からの観測信号をセットする。これによって各ニューロ
ンのバイアス信号工、〜工、と結合係数が確定し、二ニ
ーロンは自発的にエネルギーを最小化していく。各ニュ
ーロンの出力V工〜vnは、結合マトリクス42と出力
装置47に導かれている。各ニューロンのエネルギーが
充分に減小した時点でタイミング信号T2を出力し、各
ニューロンの出力を出力装!47へ取り出す。これによ
り、磁界計測パターンに対応する発生源の分布が得られ
る。 第2図は結合マトリックス42の構成の1例を示す。■
1〜vnはニューロン41の出力フィードバックであり
、信号工、〜工。はバイアス信号決定回路の出力である
。これらの信号(Vtとr+)はマトリックスを形成し
、各格子点は抵抗で結合されている。例えば、工、とV
Jの格子点は、抵抗値T I Jをもった抵抗で結合さ
れている。各格子点の結合抵抗値は式(9)、(10)
に対応する。 第3図は、バイアス決定回路45の1実施例を示す図で
あり、特にi番目のバイアス信号工1を決定する回路部
45−1の構成を示している。データ保持装置の出力B
工〜B、は乗算器61−1〜61−nに入力され、それ
ぞれ定数W工1tWzit〜、wfilと掛算された後
、第1の加算器62に入力される。上記第1の加算器6
2の出力値(掛算値の総和)は、第2の加算器63に入
力され、定数(−2Aa)と加算される。こうして得ら
れた信号1言よ式(11)に対応する値をもつ。 次に、第4図〜第7図を参照して、前述のホップフィー
ルド型神経回路網を用いた本発明による磁場推定の効果
を、簡単な例題に対する計算機シミュレーション結果に
より説明する。 実際の応用においては、磁場の発生面とM測面は非平面
となるが、ここでは磁場のIR測面10をメツシュ状に
領域分割された平面とし、I2測点が各メツシュポイン
トにあるものとする。また、電流双極子(ダイポール)
Dの存在可能な位置を上記fR測面10から距1dだけ
離れた平面11上のメツシュポイントとし、説明を簡単
化するために、各ダイポールの成分はx、y成分のみか
らなり。 2式分はゼロ、且つ、X+3’の各成分の強度はlか0
と仮定する。この場合、式(1)から未知数Qに対する
観測量Bは1/2となるが、Qは1またはOに規格化さ
れている。 神経回路網の全てのダイポールが初期状態として0の状
態をとるものとすると、d=2の場合、本発明による推
定方法により、4個までの平行ダイポールの存在位置を
1メツシュ以内の誤差範囲で正しく推定することができ
た。 第5図は、上記計算機シュミレーションで用いた4個の
平行ダイポールD1〜D4の存在位置と、これらの平行
ダイポールにより生ずる磁場の強度分布を示す。これは
、第4図の観測面10で観測される磁場に相当し、第1
図の磁場計測装置43の入力に相当する。 第6図は、神経回路網にトラップされるエネルギーの値
Eと、該エネルギーを最小化するために繰り返される計
算(学習)回数Nとの関係を示す。 この例では、N=4でエネルギーがほぼ最小値に達し、
その後は繰り返し回数が増えてもエネルギーの変化は少
ないことが判る。 第7図(B)は、上記観測磁場からN=7のとき位置推
定された信号源D1′〜D4’の位置を示す。第7図(
B)は、第4図のダイポール存在面11における信号源
(電流双極子)の存在確立を等高線により表わしたもの
であり、これを立体的に表現すると第7図(A)のよう
になる。第7図(B)を第5図と比較すると、D1以外
の3つのダイポール(D z〜D 4 )については正
しく位置推定できており、D□も1メツシュ以内の位置
誤差で推定されていることが判る。 上記の例は、各ダイポールの向きが互いに平行している
場合であったが、本発明によれば、発生磁界の方向が互
いに直交する2個の直交ダイポールが3V/2メツシュ
以上離れている場合、観測磁場からこれらのダイポール
位置を正しく推定することができた。上記推定において
、ダイポールの初期値をO<Q≦1とすると、各ダイポ
ールが複数の位置に推定されるが、そのばらつき範囲は
狭く、例えば重心位置を採用することにより実用的な推
定結果を得ることができる。 尚、深い位置にあるダイポールが発生する磁場を観測し
た場合は悪条件の度合いが増加し、推定精度が悪くなる
。例えば、d=4の場合は、d=2のとき識別できた複
数のダイポールが、これらの合成ベクトルの磁場をもつ
1つのダイポールとして推定される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a system for carrying out the method of the invention. Reference numeral 40 denotes a neuron circuit section consisting of a plurality of neurons 41 corresponding to lattice points in a space in which a dipole can exist, and each neuron 41 is made of an amplifier having a sigmoid characteristic shown in equation (7). The coupling coefficients of the neuron 41 are generated by a coupling matrix 42. The outputs B1 to Bn of the magnetic field measuring device 43 are read into the data holding device 44, and the value of the neuron bias signal is determined by processing these input data in the bias signal determining circuit 45. Each part of the above device is controlled by a timing signal T and a reset signal R1 output from a timing controller 46. First, the state of the n neurons 41 is reset to a specific value by the reset signal R1.
Set the observation signal from. As a result, the bias signal processing, ~ processing, and coupling coefficient of each neuron are determined, and the two neurons spontaneously minimize their energy. The outputs V~vn of each neuron are led to a coupling matrix 42 and an output device 47. When the energy of each neuron is sufficiently reduced, the timing signal T2 is output and the output of each neuron is output! Take it out to 47. As a result, a distribution of sources corresponding to the magnetic field measurement pattern can be obtained. FIG. 2 shows an example of the configuration of the coupling matrix 42. As shown in FIG. ■
1 to vn are the output feedbacks of the neuron 41, signal engineering, ~ engineering. is the output of the bias signal determining circuit. These signals (Vt and r+) form a matrix, each grid point being coupled by a resistor. For example, 工, and V
The lattice points of J are connected by a resistor having a resistance value T I J. The coupling resistance value of each lattice point is expressed by formulas (9) and (10)
corresponds to FIG. 3 is a diagram showing one embodiment of the bias determining circuit 45, and particularly shows the configuration of a circuit section 45-1 that determines the i-th bias signal generator 1. Data holding device output B
B to B are input to multipliers 61-1 to 61-n, multiplied by constants Wzit to Wfil, respectively, and then input to the first adder 62. The first adder 6
The output value of 2 (total sum of multiplication values) is input to the second adder 63 and added to a constant (-2Aa). The signal thus obtained has a value corresponding to equation (11). Next, with reference to FIGS. 4 to 7, the effects of magnetic field estimation according to the present invention using the aforementioned Hopfield neural network will be explained using computer simulation results for simple examples. In actual applications, the magnetic field generation surface and the M measurement surface are non-planar, but here the IR measurement surface 10 of the magnetic field is a plane divided into areas like a mesh, and the I2 measurement point is at each mesh point. shall be taken as a thing. Also, current dipole (dipole)
The position where D can exist is assumed to be a mesh point on the plane 11 that is a distance 1 d away from the fR measurement surface 10, and to simplify the explanation, the components of each dipole consist of only x and y components. 2 equations are zero, and the intensity of each component of X+3' is l or 0
Assume that In this case, the observed amount B for the unknown Q is 1/2 from equation (1), but Q is normalized to 1 or O. Assuming that all dipoles in the neural network take the initial state of 0, when d = 2, the estimation method according to the present invention can calculate the positions of up to four parallel dipoles within an error range of 1 mesh. I was able to estimate correctly. FIG. 5 shows the positions of the four parallel dipoles D1 to D4 used in the computer simulation and the intensity distribution of the magnetic field generated by these parallel dipoles. This corresponds to the magnetic field observed at observation plane 10 in Fig. 4, and is
This corresponds to the input of the magnetic field measuring device 43 in the figure. FIG. 6 shows the relationship between the value E of energy trapped in the neural network and the number N of calculations (learning) repeated to minimize the energy. In this example, the energy almost reaches its minimum value at N=4,
After that, it can be seen that even if the number of repetitions increases, the change in energy is small. FIG. 7(B) shows the positions of the signal sources D1' to D4' whose positions are estimated from the observed magnetic field when N=7. Figure 7 (
B) shows the probability of the existence of a signal source (current dipole) on the dipole existence surface 11 of FIG. 4 using contour lines, which is expressed three-dimensionally as shown in FIG. 7(A). Comparing Figure 7 (B) with Figure 5, the positions of the three dipoles other than D1 (Dz~D4) can be estimated correctly, and D□ is also estimated with a position error within 1 mesh. I understand that. In the above example, the directions of the dipoles are parallel to each other, but according to the present invention, when two orthogonal dipoles whose directions of generated magnetic fields are orthogonal to each other are separated by 3V/2 mesh or more , we were able to correctly estimate the positions of these dipoles from the observed magnetic fields. In the above estimation, if the initial value of the dipole is O<Q≦1, each dipole is estimated at multiple positions, but the variation range is narrow, and practical estimation results can be obtained by adopting the center of gravity position, for example. be able to. Note that when observing the magnetic field generated by a dipole located at a deep position, the degree of adverse conditions increases and the estimation accuracy deteriorates. For example, when d=4, the plurality of dipoles that could be identified when d=2 are estimated as one dipole having the magnetic field of their combined vector.

【発明の効果】【Effect of the invention】

以上説明したように、本発明によれば、神経回路網の超
並列動作を使って自発的エネルギー変化から解を求める
ようにしているので、従来の方法に比べて1桁以上計算
時間が早く、かつ複数の磁場発生源の位置、大きさ、方
向を高い精度で同定することができる。
As explained above, according to the present invention, the solution is obtained from spontaneous energy changes using the massively parallel operation of the neural network, so the calculation time is more than an order of magnitude faster than the conventional method. In addition, the positions, sizes, and directions of multiple magnetic field sources can be identified with high accuracy.

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

第1図は本発明を実施する推定システムの1実施例を示
す図、第2図は第1図における結合マトリクス42の詳
細を示す図、第3図は第1におけるバイアス信号決定回
路45の主要部を示す図、第4図〜第7図(A)、(B
)は本発明方法の計算機シュミレーション結果を説明す
るための図である。 41・・・ニューロン、42・・・結合マトリックス、
43・・・磁界計測装置、 45・・・バイアス決定回路。
FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of an estimation system implementing the present invention, FIG. 2 is a diagram showing details of the coupling matrix 42 in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing the main components of the bias signal determination circuit 45 in the first embodiment. Figures 4 to 7 (A), (B
) is a diagram for explaining computer simulation results of the method of the present invention. 41...Neuron, 42...Connection matrix,
43... Magnetic field measuring device, 45... Bias determination circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、磁場分布を有限個の点で測定し、その結果より神経
回路網のニューロンの結合係数を設定し、神経回路網の
エネルギー関数を自発的に変化させて極値をとるように
したときに、そのニューロンのとる状態から脳磁場の発
生源の分布を電流双極子の分布として推定するようにし
たことを特徴とする磁場発生源推定方式。
1. When the magnetic field distribution is measured at a finite number of points, the coupling coefficients of the neurons in the neural network are set from the results, and the energy function of the neural network is spontaneously changed to take the extreme value. , a magnetic field source estimation method characterized in that the distribution of the source of the brain magnetic field is estimated as the distribution of current dipoles from the state taken by the neuron.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6226544B1 (en) 1997-06-13 2001-05-01 Nec Corporation Living body internal active source estimation apparatus

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