Boundary element method for EEG single-dipole localization: a study in patients with OCD

This study investigates EEG dipole localization in patients diagnosed with obsessive-compulsive disorder (OCD) using the Boundary Element Method (BEM) implemented via Brainstorm and OpenMEEG. EEG signals from 33 OCD patients were analyzed using a realistic, multi-layer head model consisting of scalp, skull, and brain tissues with respective conductivity values. Dipoles were accurately localized for each discrete time instant within the gamma frequency range (20-50 Hz) using a single dipole assumption per time point. EEG potentials measured from 19 standard electrodes were numerically computed by solving the forward EEG problem with the boundary element approach provided by OpenMEEG. Spectral clustering analysis identified distinct neural patterns corresponding to clinically recognized OCD subtypes, facilitating better diagnostic interpretations. Our results address previous methodological limitations by combining realistic head geometry modeling and precise temporal and spatial dipole estimation, offering promising directions for enhanced EEG-based diagnostic tools in psychiatry.

Bu çalışmada obsesif-kompulsif bozukluğu (OKB) olan hastaların EEG sinyallerindeki dipollerin zamana bağlı lokalizasyonu, MATLAB ve Brainstorm ortamında OpenMEEG tabanlı Sınır Elemanlar Yöntemi (BEM) kullanılarak incelenmiştir. Kafa modeli, kafa derisi, kafatası ve beyin dokuları için belirlenmiş iletkenlik değerlerini içeren üç katmanlı gerçekçi bir yapı kullanılarak oluşturulmuştur. EEG potansiyelleri, gamma frekans aralığında (20–50 Hz) her bir zaman noktasında tek dipol varsayımıyla 19 standart elektrottan sayısal olarak hesaplanmıştır. Dipol lokalizasyonları ve amplitüdleri zamana göre yüksek doğrulukta belirlenmiş ve ileri EEG problemi Sınır Elemanlar Yöntemi (BEM) çözümüyle elde edilmiştir. Bu çalışma, EEG dipol lokalizasyon yöntemlerinde sıkça karşılaşılan düşük uzaysal çözünürlük, kafa modellemesi hataları ve hesaplama yükü gibi sınırlılıkları aşarak, OKB’nin farklı klinik alt tipleriyle ilişkili özgün dipol aktivite kalıplarını ortaya koymuştur.