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SISSY: An efficient and automatic algorithm for the analysis of EEG sources based on structured sparsity

Authors :
Isabelle Merlet
Rémi Gribonval
Hanna Becker
Laurent Albera
Jean-Claude Nunes
Philippe Guillotel
Julien Fleureau
Pierre Comon
Technicolor R & I [Cesson Sévigné]
Technicolor
Laboratoire Traitement du Signal et de l'Image (LTSI)
Université de Rennes (UR)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
GIPSA - Communication Information and Complex Systems (GIPSA-CICS)
Département Images et Signal (GIPSA-DIS)
Grenoble Images Parole Signal Automatique (GIPSA-lab )
Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut Polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut Polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Grenoble Images Parole Signal Automatique (GIPSA-lab )
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Parcimonie et Nouveaux Algorithmes pour le Signal et la Modélisation Audio (PANAMA)
Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-SIGNAUX ET IMAGES NUMÉRIQUES, ROBOTIQUE (IRISA-D5)
Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)
H. Becker was partly supported by Conseil Régional PACA and by CNRS France. The work of P. Comon was partly funded by the European Research Council under the EC 7th framework programme FP7/2007-2013 Grant Agreement no. 320594.
European Project: 320594,EC:FP7:ERC,ERC-2012-ADG_20120216,DECODA(2013)
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)
Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes 1 (UR1)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
SIGNAUX ET IMAGES NUMÉRIQUES, ROBOTIQUE (IRISA-D5)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
Albera, Laurent
Tensor Decomposition for Data Analysis with Applications to Health and Environment - DECODA - - EC:FP7:ERC2013-09-01 - 2018-08-31 - 320594 - VALID
Source :
NeuroImage, Vol 157, Iss, Pp 157-172 (2017), NeuroImage, NeuroImage, 2017, 157, pp.157-172. ⟨10.1016/j.neuroimage.2017.05.046⟩, NeuroImage, Elsevier, 2017, 157, pp.157-172. ⟨10.1016/j.neuroimage.2017.05.046⟩
Publication Year :
2017
Publisher :
Elsevier, 2017.

Abstract

International audience; Over the past decades, a multitude of different brain source imaging algorithms have been developed to identify the neural generators underlying the surface electroencephalography measurements. While most of these techniques focus on determining the source positions, only a small number of recently developed algorithms provides an indication of the spatial extent of the distributed sources. In a recent comparison of brain source imaging approaches, the VB-SCCD algorithm has been shown to be one of the most promising algorithms among these methods. However, this technique suffers from several problems: it leads to amplitude-biased source estimates, it has difficulties in separating close sources, and it has a high computational complexity due to its implementation using second order cone programming. To overcome these problems, we propose to include an additional regularization term that imposes sparsity in the original source domain and to solve the resulting optimization problem using the alternating direction method of multipliers. Furthermore, we show that the algorithm yields more robust solutions by taking into account the temporal structure of the data. We also propose a new method to automatically threshold the estimated source distribution, which permits to delineate the active brain regions. The new algorithm, called Source Imaging based on Structured Sparsity (SISSY), is analyzed by means of realistic computer simulations and is validated on the clinical data of four patients.

Details

Language :
English
ISSN :
10959572 and 10538119
Volume :
157
Database :
OpenAIRE
Journal :
NeuroImage
Accession number :
edsair.doi.dedup.....66a1e17cad0b48cc1dc5b1bcd748139a