10-10システム（国際10-10法による電極配置）

10-10国際法EEGとは何か？

10-10法は、自発的なEEG活動（脳の継続的な背景信号）と誘発活動（特定の刺激によって引き起こされる信号）の両方のトポグラフィック研究のために特別に構築された手法として、当初「10%電極法」として初めて文書化されました。

オリジナルの記述では、10-20国際法のすべての標準電極をそのまま維持しながら、その間の隙間に補助電極を追加する81電極アレイの概要が示されています。これらの新しい電極の中には、既存の10-20法電極のちょうど中間に位置するものもあれば、新たに追加された中間点電極の間に配置され、さらに緻密なカバー範囲を作り出すものもあります。

これらの補助部位の命名論理は、ゼロから考案されたものではなく、既存の構造に意図的に結び付けられています。補助電極の名称は、特定の部位の下にある脳領域と、それを囲む隣接する10-20法電極の両方を参照しているため、10-20法に慣れている研究者であれば、まったく別の語彙を学ぶことなく、新しいグリッドに適応することができます。

この拡張されたアレイを公開した公表された目的は、高解像度EEG研究を行う研究室間での標準化を促進することでした。共有の命名規則が存在する前は、標準的な10-20法の位置の間に電極を追加する研究室が、一貫性のないラベルを使用するリスクがあり、研究グループ間でトポグラフィックな知見を比較することが困難でした。10%法は、追加されたすべての部位に固定され予想可能な名称を与えることで、その問題に直接対処しました。

解剖学的ランドマークと電極命名規則

10-10法は、被験者の頭部で直接測定される4つの外部ランドマークに基づいています。鼻根（両目の間、鼻の上部のくぼみ）、後頭結節（頭蓋骨の底部にある骨の隆起）、および左右の耳介前点（各耳のすぐ前方にある小さな小さなくぼみ）です。5番目の参照点である頭頂部（Cz）は、頭蓋骨の真ん中に位置し、鼻根と後頭結節の中間点、および左右の耳介前点の中間点として算出されます。

それに代わり、10-10法は弧を10%の間隔で細分化し、各線に沿った停留点の数を実質的に2倍にし、全く新しい中間位置のレイヤーを作り出します。

電極のラベルは、両方のシステムで共有される一貫した文字と数値のパターンに従います。各ラベルは、その部位の下にある脳領域を示す1つまたは2つの文字から始まります。

• 前頭極を示す Fp

• 前頭部を示す F

• 中心部を示す C

• 頭頂部を示す P

• 後頭部を示す O

• 側頭部を示す T

さらに、10-10法は、これらの主要領域の間に位置する中間ゾーンに対して、FC、CP、FT、TP、AF、POなどの結合ラベルを導入しています。

文字の後に数値が続き、この数値には特定の意味があります。偶数は右半球の位置を示し、奇数は左半球の位置を示し、文字「z」（ゼロを意味する）は、頭頂部を超えて前後をつなぐ中心線上にある部位を示します。

拡張された74電極グリッドのマッピング

現在の臨床および研究現場で最も一般的に使用されている10-10法のグリッドバージョンには、74個のアクティブな頭皮電極に加えて、有効な記録セットアップを完了するために必要な個別の参照電極と接地電極が含まれています。

これは、現代の構成では必ずしも使用されない追加の耳朶部位を含んでいたオリジナルの81電極の記述よりも少ない数です。どちらの数も同じ基本的な設計原理を表しており、主な違いは耳電極が合計に含まれているかどうかにあります。

前面から背面に向かって走る完全な正中線チェーンには、通常、Fpz、AFz、Fz、FCz、Cz、CPz、Pz、POz、およびOzが含まれます。正中線から側方に離れるにつれて、対称的なペアが各半球を並行してカバーします：Fp1/Fp2、AF3/AF4、AF7/AF8、F3/F4、F7/F8、FC3/FC4、FT7/FT8、C3/C4、T7/T8、CP3/CP4、TP7/TP8、P3/P4、P7/P8、PO3/PO4、PO7/PO8、O1/O2、および残りの空いている中間スロットを埋めるその他です。

並べて比較すると、この配置は10-20法の空間サンプリング密度をほぼ2倍にします。なぜなら、以前は単独で存在していたほぼすべての位置ペアの間に、新しい記録部位が挿入されるからです。

10-10法が10-20法および10-5モンタージュとどのように異なるか

電極密度のスペクトルの上に配置すると、関連する3つのシステムがそのスケールに沿って異なるポイントをカバーします。

10-20法は疎な端に位置し、耳の基準に加えて頭皮全体に20%の間隔で配置されたわずか19個の記録頭皮電極のみを使用します。その広い間隔は効率的で迅速にセットアップできますが、標準的な10-20法の2つの部位の間の狭いスペースでピークに達する活動が、記録された信号において過小評価されるか、完全に遮断される可能性があることも意味します。

10-10法はそのスペクトルの中間に位置し、10%の間隔で配置された約74〜81個の頭皮電極を使用します。設計の意図は、利用可能な最も極端な密度に移行することなく、10-20法の間隔に固有のカバレッジのギャップを埋めることです。

その極端な例が10-5法であり、頭皮をさらに5%の間隔に細分化し、300以上の考えられる電極位置を生み出します。

EEG研究における応用と利点

10-10法は、現代の高密度EEG研究において実用的な用途を見出しています。一例として、MurugappanらによるEEG信号から人間の感情状態を分類することに関する研究が挙げられます。

研究グループは、嫌悪、幸福、驚き、恐怖、およびニュートラル（基準線）の5つの明確な感情状態を誘発するための視聴覚プロトコルを設計し、20人の被験者の頭皮全体に10-10国際法に従って配置された64個の電極を使用して脳活動を記録しました。生信号は、離散ウェーブレット変換を用いてアルファ、ベータ、およびガンマ周波数帯域に分解される前に、ラプラシアンモンタージュ法に関連する信号処理技術であるサーフェスラプラシアンフィルタリング法を用いてクレンジングされました。

これらの周波数帯域から抽出されたエネルギーベースの特徴量を使用して、この研究ではK近傍法（KNN）と線形判別分析（LDA）の2つのパターン分類手法をテストし、各手法が脳信号を正しい感情カテゴリにどれだけ正確に分類できるかを評価しました。提案された特徴量セットの1つは、KNNを使用して83.26% 、LDAを使用して75.21%の平均最大分類率を達成し、同研究でテストされたより従来の特徴抽出アプローチを上回りました。

この結果は、10-10レイアウトに基づいて構築された64チャンネルアレイが、有意義な信号分類作業をサポートできることを示しています。

この単一のアプリケーションを超えて、直接的な実験比較ではなく、幾何学的な推論に基づいて、いくつかの利点が一般的に10-10法に帰属されます。より密な電極グリッドは、一般により正確なトポグラフィックマップとより優れた光源推定をもたらすと仮定されています。なぜなら、頭皮全体のより多くのサンプリングポイントが、原理的には、より広い間隔では平滑化されたり見落とされたりする空間的な詳細を捉えるはずだからです。

また、密度が高いカバレッジは、頭皮の狭いエリアに集中した局所的または高周波の活動をより良く捉えると仮定されています。この活動は、広く間隔が空いた2つの10-20法電極の間に落ちてしまい、検出されない可能性があります。このシステムの密度は、上記で詳述した感情分類研究で適用された同じ方法であるサーフェスラプラシアン処理などの空間フィルタリング技術とも互換性があります。

10-10 EEGシステムの限界と今後の展望

その明確な利点にもかかわらず、高密度アレイの適用には、セットアップにかなりの時間が必要であり、信号品質を効果的に管理するための長期的な専門知識が必要です。頭皮上の何十もの部位を準備することは労働集約的であり、研究者にとっても患者にとっても準備段階の期間と複雑さを増加させることがよくあります。このような多数のセンサーにわたって一貫したパフォーマンスを維持するには、頻繁なキャリブレーションも必要であり、これは長期にわたる反復的な実験試験において課題となる可能性があります。

さらに、10-10法は広範ではあるものの、体積伝導の問題や、頭皮レベルの感度に内在する限界とは無関係ではありません。特定のより深い脳活動は、グリッドがどれほど完璧に配置されていても、外部センサーのみを介して分離することは依然として困難です。将来の進歩として、信号のブレをさらに最小限に抑え、困難な実験室環境における全体的な信号対雑音比を向上させるために、これらのシステムを高度な計算フィルターと組み合わせることが検討されています。

将来に向けて、自動配置技術の統合は、現在のセットアップの障害を緩和する可能性を秘めています。革新的なハードウェアにより、最終的には完全密度の高密度アレイを迅速かつハンズフリーで適用できるようになり、高解像度モニタリングへのアクセスが民主化される可能性があります。これらのシステムが進化するにつれて、よりポータブルで適応性が高くなり、最終的にはより快適で自然な環境での長期的な高密度EEG測定が可能になるでしょう。

高密度EEG記録にとってこれが意味すること

10-10 EEG電極配置法は、10-20レイアウトの標準化された拡張であり、一貫した解剖学的命名体系によって制御される74個以上の電極のグリッドで空間的なギャップを埋めるために構築されています。すべての位置は、オリジナルの10-20法で使用されているものと同じ鼻根、後頭結節、耳介前点、および頭頂部のランドマークに遡り、より大まかに細分化されて、より高密度なカバーを可能にし、より詳細な脳電気活動のトポグラフィック研究を可能にします。これは、広く神経科学研究にわたる中核的な関心事です。

このシステムは、何十もの頭皮部位で記録されたEEG信号にウェーブレットベースの分類技術を適用する研究を含め、研究現場やEEGモンタージュで実際に使用されています。

研究室がこのレイアウトを採用するにつれて、準備時間、持続的な快適さ、密に配置されたセンサー間のゲルブリッジのリスクなどの実用的な懸念事項が、より鮮明な脳マップの可能性と同等に重要になります。今日のこのシステムの真の強みは、異なる研究グループがそれぞれの高解像度の知見を一貫した方法で比較できるようにする共通の言語を作成することにあります。

参考文献

1. Chatrian, G. E., Lettich, E., & Nelson, P. L. (1985). Ten percent electrode system for topographic studies of spontaneous and evoked EEG activities. American Journal of EEG technology, 25(2), 83-92. https://doi.org/10.1080/00029238.1985.11080163

2. Murugappan, M., Ramachandran, N., & Sazali, Y. (2010). Classification of human emotion from EEG using discrete wavelet transform. Journal of biomedical science and engineering, 3(4), 390-396. http://dx.doi.org/10.4236/jbise.2010.34054

よくある質問

10-10 EEG電極配置法とは何ですか？

10-10法は、解剖学的ランドマークの間に10%の間隔で電極を追加する、10-20国際法の拡張版です。通常74個の頭皮電極からなる高密度のグリッドを作成し、脳の電気活動に関するより詳細な空間情報を捉えます。

10-10法は10-20法とどのように異なりますか？

10-20法は頭部に沿って20%の間隔で電極を配置しますが、10-10法はその間隔を半分の10%にします。これにより、既存の10-20法の位置の間の隙間が埋まり、元の電極を一切取り除くことなく、記録部位の数がほぼ2倍になります。

なぜ10-10法が開発されたのですか？

これは、トポグラフィックEEG研究のための標準化された高解像度のレイアウトを研究者に提供するために作成されました。これが導入される前は、追加の電極を装着する研究室が一貫性のないラベルを使用することが多く、研究グループ間で結果を比較することが困難でした。

電極の配置をガイドする解剖学的ランドマークは何ですか？

このシステムは、鼻根（鼻の付け根）、後頭結節（後頭部の隆起）、および左右の耳介前点（各耳のすぐ前）に基づいています。頭頂部（Cz）は、これら4つのランドマークの中間中心点として算出されます。

10-10法では電極はどのように命名されますか？

ラベルは、その下にある脳領域を示す1つまたは2つの文字から始まります（例：前頭部の場合はF、前頭-中心部の場合はFC）。その後に数値が続きます。奇数は左半球、偶数は右半球、正中線は「z」を示し、馴染みのある10-20法のアンカーポイントに関連付けられた命名を維持します。

10-10法では一般的にいくつの電極が使用されますか？

最も広く使用されている構成には、74個のアクティブな頭皮電極と、個別の参照電極および接地電極が含まれます。これは、今日では省略されることが多い耳朶の位置もカウントしていたオリジナルの81部位の記述よりもわずかに少なくなっています。

10-10法を使用することで、どのようなメリットが期待されますか？

より高密度な電極カバレッジにより、トポグラフィックマッピングが改善され、間隔が広く空いたセンサーの間に入り込んでしまう可能性のある局所的または高周波の脳活動をより良く検出できると考えられています。