This study focuses on Multi-Channel Transcranial Electrical Stimulation, a non-invasive brain method for stimulating neuronal activity under the influence of low-intensity currents. We introduce mathematical formulation for finding a current pattern which optimizes a L1-norm fit between a given focal target distribution and volume current density inside the brain. L1-norm is well-known to favor well-localized or sparse distributions compared to L2-norm (least-squares) fitted estimates. We present a linear programming approach which performs L1-norm fitting and penalization of the current pattern (L1L1) to control the number of non-zero currents. The optimizer filters a large set of candidate solutions using a two-stage metaheuristic search in from a pre-filtered set of candidates. The numerical simulation results, obtained with both a 8- and 20-channel electrode montages, suggest that our hypothesis on the benefits of L1-norm data fitting is valid. As compared to L1-norm regularized L2-norm fitting (L1L2) via semidefinite programming and weighted Tikhonov least-squares method, the L1L1 results were overall preferable with respect to maximizing the focused current density at the target position and the ratio between focused and nuisance current magnitudes. We propose the metaheuristic L1L1 optimization approach as a potential technique to obtain a well-localized stimulus with a controllable magnitude at a given target position. L1L1 finds a current pattern with a steep contrast between the anodal and cathodal electrodes meanwhile suppressing the nuisance currents in the brain, hence, providing a potential alternative to modulate the effects of the stimulation, e.g., the sensation experienced by the subject.


翻译:本研究的重点是多气流跨层电气刺激,这是在低强度流的影响下刺激神经活动的非侵入性大脑方法。 我们引入数学配方, 以找到一个当前模式, 优化一个适合特定目标分布和脑内体积密度的L1- 诺尔姆。 L1- 诺尔姆众所周知, 有利于与L2- 诺尔姆( 东平方) 匹配的估计数相比, 地方化或分散的分布。 我们提出了一个线性编程方法, 对当前模式( L1L1L1L11) 进行L1- 的适应和惩罚, 以控制非零流流流流流的效应数量。 优化性过滤器过滤了一套大型候选解决方案, 利用预先筛选的一组候选人进行两阶段性测算。 数字模拟结果, 与L2- 诺尔平( L1I1) 相匹配, 以当前电流平级电流- 平级平级平级平级平级平级平级平级平位( L1L1L2) 向当前精度平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平比, 通过半平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级,,,, 平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级,,,,,,, 平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平级平

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