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fNIRS在发育科学中的应用

功能性近红外光谱成像技术(fNIRS)可以研究清醒状态下的婴儿大脑功能激活。fNIRS的优势明显大于局限,领域内也已将fNIRS应用于婴儿群体。大多fNIRS研究集中于:目标处理、生物和社会信息处理、语言发展。有关人类知识起源和发展的争论不断,因此早期神经影像学研究作用很大。fNIRS的应用使我们能够确定未成熟大脑中处理早期目标、社会、语言知识的区域,及其随时间、经验发生的变化。小部分研究深入探索:支持、促进出生后第一年的学习的神经机制。与其他新兴领域一样,当前研究得出的结论也存在局限。我们探讨了应该如何改进这项技术的应用,这有利于探究具有理论、实践重要意义的发育科学问题。本文发表在WIREs Cognitive Science杂志。

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Nature子刊:生命的最初几个小时内可快速学习音位辨别—基于fNIRS研究

人类新生儿可以区分音素,但这种能力背后的神经机制尚不清楚。新生儿的大脑可以学会区分自然(前)元音和逆向(后)元音(在子宫中学习不到的)。利用功能近红外光谱,我们检测了出生5小时后随机接触前和后元音 (T1时间点) 和在此之后2小时 (T2时间点)再次接触所发生的神经可塑性变化。实验组的新生儿接受了与T1和T2测试相同的刺激训练,与不接受训练的对照组相比,实验组婴儿在T1时前元音与后元音的血流动力学反应潜伏期更短,且在额下回区域差异最大,在T2神经活动差异增加,在颞叶上部和左侧顶叶下部最明显。由此得知,新生儿在出生后的最初几个小时内表现出对自然音素的超快速调整。

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theta悖论:4-8 Hz的EEG振荡既反映睡眠压力又体现认知控制

theta振荡(4—8赫兹)反映了警觉认知控制状态活动和睡眠剥夺,是睡眠状态下压力的标志。本研究中,我们调查了认知任务和睡眠剥夺期间中,脑电位振荡的差异。我们测量了18名年轻健康成年人(9名女性)在3种睡眠剥夺水平下执行6项任务的高密度脑电图。我们发现认知负荷和睡眠剥夺都增加了内侧前额叶皮质区域的theta功率;然而,睡眠剥夺导致了许多额叶其他部位的theta波增加。睡眠剥夺相关的theta(sdTheta)出现位置随任务不同而不同,在视觉空间任务和短时记忆任务中范围最广,在被动音乐学习任务中辅助运动区活动最强,而在空间任务时颞下回皮层最强。此外,任务行为的改变和睡眠剥夺时的theta增加相关,但是相关无任务特异性而且多重校正后不显著。总之,这些结果表示在睡眠剥夺期和认知过程中that a振荡主要发生在与当前行为无关的皮层区域。

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Nature neuroscience:利用encoder-decoder模型实现皮层活动到文本的机器翻译

距离首次从人脑中解码语言至今已有十年之久,但解码语言的准确性和速度仍然远远低于自然语言。本研究展示了一种通过解码皮层脑电获得高准确率、高自然程度语言的方法。根据机器翻译的最新进展,我们训练了一个递归神经网络,将每个句子长度下诱发的神经活动序列编码为一个抽象的表达,然后逐字逐句地将这个抽象表达解码成一个英语句子。对每个参与者来说,数据包括一系列句子(由30-50个句子多次重复而来)以及约250个置于大脑皮层的电极记录到的同步信号。对这些句子的解码正确率最高可以达到97%。最后,本研究利用迁移学习的方法改进对有限数据的解码,即利用多名参与者的数据训练特定的网络层。本研究发表在Nature neuroscience杂志。

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老年人Stroop任务期间颈动脉粥样硬化与脑激活模式的联系:fNIRS研究

越来越多的证据表明,血管疾病可能导致认知能力下降和显性痴呆。特别令人感兴趣的是动脉粥样硬化,因为它不仅与痴呆有关,而且可能是心血管疾病直接影响大脑健康的潜在机制。在这项工作中,研究者评估了动脉粥样硬化患者(定义为双侧颈动脉斑块(n=33)和健康年龄匹配对照组(n=32)在Stroop颜色词任务期间,基于功能近红外光谱(fNIRS)的脑激活、任务表现和中央血液动力学(平均动脉压(MAP)和心率(HR))变化的差异。在健康对照组中,左前额叶皮层(LPFC)是唯一一个显示激活迹象的区域,当与标称Stroop测试进行不一致比较时。与健康对照组相比,在斑块组中观察到较小程度的脑激活(1)通过氧合血红蛋白(p=0.036)测量,以及(2)通过脱氧血红蛋白测量的LPFC(p=1.02)和左感觉运动皮质(LMC)(p=0.008)。斑块组和对照组之间的HR、MAP或任务绩效(完成任务所需的时间和错误数量)没有显著差异。这些结果表明,颈动脉粥样硬化与功能性脑激活模式的改变有关,尽管没有证据表明Stroop任务的表现受损或中枢血流动力学改变。

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对话王晶:音频人才亟待培养,高水平研究人员尤其欠缺

编者按:春节前夕的最后一次采访,LiveVideoStack有幸邀请到了北京理工大学信息与电子学院副教授王晶。王教授目前在北京理工大学信息与电子学院通信技术研究所从事教学科研工作,讲授本科生《数字通信网》和研究生《语音信号数字处理(全英文)》课程。在教学的同时,王教授还承担有国家自然科学基金、国家重大科技专项、国际合作项目及与中国移动、华为等的企事业横向科研项目。她长期参与信息技术领域标准化工作,目前为AVS中国数字音视频编解码标准组织成员,CCF语音对话与听觉专委会委员。在此次与LiveVideoStack的对话中,王教授分享了过去几年音频领域的重要发展和创新、音频编解码器的独特之处、AI与音频编码技术结合的突破以及目前音频领域人才培养和输出所面临的困境等。

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