Identifiability analysis and noninvasive online estimation of the first-order neural activation dynamics in the brain with closed-loop transcranial magnetic stimulation
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Background Neurons demonstrate very distinct nonlinear activation dynamics, influenced by the neuron type, morphology, ion channel expression, and various other factors. The measurement of the activation dynamics can identify the neural target of stimulation and detect deviations, e.g., for diagnosis. This paper describes a tool for closed-loop sequential parameter estimation (SPE) of the activation dynamics through transcranial magnetic stimulation (TMS). The proposed SPE method operates in real time, selects ideal stimulus parameters, detects and processes the response, and concurrently estimates the input–output (IO) curve and the first-order approximation of the activated neural target. Objective To develop a method for concurrent SPE of the first-order activation dynamics and IO curve with closed-loop TMS. Method First, identifiability of an integrated model of the first-order neural activation dynamics and IO curve is assessed, demonstrating that at least two IO curves need to be acquired with different pulse widths. Then, a two-stage SPE method is proposed. It estimates the IO curve by using Fisher information matrix (FIM) optimization in the first stage and subsequently estimates the membrane time constant as well as the coupling gain in the second stage. The procedure continues in a sequential manner until a stopping rule is satisfied. Results The results of 73 simulation cases confirm the satisfactory estimation of the membrane time constant and coupling gain with average absolute relative errors (AREs) of 6.2% and 5.3%, respectively, with an average of 344 pulses (172 pulses for each IO curve or pulse width). The method estimates the IO curves’ lower and upper plateaus, mid-point, and slope with average AREs of 0.2%, 0.7%, 0.9%, and 14.5%, respectively. The conventional time constant estimation method based on the strength-duration (S–D) curve leads to 33.3% ARE, which is 27.0% larger than 6.2% ARE obtained through the proposed real-time FIM-based SPE method in this paper. Conclusions SPE of the activation dynamics requires acquiring at least two IO curves with different pulse widths, which needs a controllable TMS (cTMS) device with adjustable pulse duration. Significance The proposed SPE method enhances the cTMS functionality, which can contribute novel insights in research and clinical studies.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,003 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».