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婴儿EEG数据的多元模式分析(MVPA):一个实用教程

时间分辨多变量模式分析(MVPA)是一种分析磁和脑电图神经成像数据的流行技术,它量化了神经表征支持相关刺激维度识别的程度和时间过程。随着脑电图在婴儿神经成像中的广泛应用,婴儿脑电图数据的时间分辨MVPA是婴儿认知神经科学中一个特别有前途的工具。最近,MVPA已被应用于常见的婴儿成像方法,如脑电图和fNIRS。在本教程中,我们提供并描述了代码,以实现婴儿脑电图数据的MVPA分析。来自测试数据集的结果表明,在婴儿和成人,这种方法具有较高的准确性。同时,我们对分类方法进行了扩展,包括基于几何和基于精度的表示相似度分析。由于在婴儿研究中,每个参与者贡献的无伪影脑电图数据量低于儿童和成人研究,我们还探索和讨论了不同参与者水平的纳入阈值对这些数据集中产生的MVPA结果的影响。

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Nature neuroscience:食物价值信息在框额皮层的表征

在生活中的决策过程中,食物价值也是一个重要的决定因素。但是食物价值和其他奖励的信息是如何在大脑中得到表征的,我们仍旧所知甚少。对人类进行基于食物的决策任务,我们发现可以通过对食物的营养属性来预测主观价值(营养属性如蛋白质、脂肪、碳水化合物和维生素含量)。fMRI的多变量分析表明,虽然在内侧和外侧的眶额皮层(OFC)的神经活动模式中都有食物价值的表征,但只有外侧的OFC能表征基本的营养属性。有效连接性分析进一步表明,内侧OFC会整合外侧OFC中所表征的营养属性的信息,以计算整体价值。这些发现为食物价值的营养属性的表征机制提供了一个解释。本文发表在Nature neuroscience杂志。(可添加微信号siyingyxf或18983979082获取原文及补充材料)。

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gis地理加权回归步骤_地理加权回归权重

上一节我们讲了GLR广义线性回归,它是一种全局模型,可以构造出最佳描述研究区域中整体数据关系的方程。如果这些关系在研究区域中是一致的,则 GLR 回归方程可以对这些关系进行很好的建模。不过,当这些关系在研究区域的不同位置具有不同的表现形式时,回归方程在很大程度上为现有关系混合的平均值;如果这些关系表示两个极值,那么全局平均值将不能为任何一个极值构建出很好的模型。当解释变量表现出不稳定的关系(例如人口变量可能是研究中某些地区911呼叫量的重要影响因子,但在其他地区可能是较弱的影响因子,这就是不平稳的表现)时,全局模型通常会失效。

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大话脑影像之二十四:任务态分析方法总汇——你还停留在单变量的激活时代吗?

自1991年以来,Task-fMRI作为人脑功能研究的主流方法在人脑功能定位、功能分割、神经解码、功能网络分离等方面做出了卓越的贡献。虽然目前的Task-fMRI都是基于EPI快速成像序列的扫描方法,但是第一篇Task-fMRI的研究却是基于美国哈佛麻省总医院的贝利维尔(JohnW. Belliveau)博士使用注射造影剂的血液灌注MRI的方法完成的。他在给予受试者视觉刺激的前后各了做一次脑血容量(CBV)的造影,然后将两次所得的脑血体积影像进行相减,就清楚地观察到了有视觉刺激时局部脑血体积在视皮层的增加。 但这篇最早的任务态研究恰恰体现出了在任务态研究中最重要的两个特点。第一是“巧思”,这依赖于你对研究问题的深入了解和灵活解决问题的能力,这些能力来源于大量的文献日积月累的思考和可能与生俱来的天赋。因此,其时间成本的代价是巨大的,在这个时间就是金钱,快发堪比抢跑的“科研快时代”,有没有更加经济的做法呢?

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EEG多元模式分析预测慈善捐赠行为

慈善捐赠是一种利他主义行为,个人捐赠金钱或其他资源来造福他人,而接受者通常不在语境中。一些心理因素已经被证明会影响慈善捐赠,包括成本-收益分析,参与利他行为的动机,以及感知到的捐赠的心理利益。最近的研究发现,腹侧内侧前额叶皮层(MPFC)负责在社会决策任务中为选项分配价值,其他区域涉及共情和情感,为价值计算提供输入。脑电数据的多变量模式分析可以进一步了解捐献行为中与价值计算和情绪影响有关的神经活动的时间和头皮地形图。通过EEG数据的支持向量回归分析,研究了偶然情绪状态和慈善事业的紧迫感对捐赠行为的影响,并对捐赠金额进行了逐次的预测。在参与者对两种慈善机构做出捐赠决定之前,我们使用积极、消极和中性的图片来诱导他们的附带情绪状态。一种慈善是为了将人们从当前的苦难中拯救出来,另一种是为了防止未来的苦难。在行为上,处于消极情绪状态的受试者比处于其他情绪状态的受试者捐赠了更多的钱,更多的钱用于缓解当前而非未来的痛苦。数据驱动的多变量模式分析显示,情绪启动图片和慈善线索引起的电生理活动可以预测捐赠规模的变化,在一个一个试验的基础上。

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Nature neuroscience:功能核磁共振成像(fMRI)分析的计算方法

认知神经科学的分析方法并不总是与丰富的功能磁共振成像数据相匹配。早期的方法侧重于估计单个体素或区域内的神经活动,在trials或blocks上取平均值并在每个被试中分别建模。这种方法大多忽略了神经表征在体素上的分布特性、任务期间神经活动的连续动态、在多个被试上进行联合推断的统计学方面的优势以及使用预测模型约束分析的价值。最近一些探索性的和理论驱动的方法已经开始寻找具备这些特性的方法。这些方法强调了计算技术在功能磁共振影像(fMRI)分析中的重要性,特别是机器学习、算法优化和并行计算等计算技术。采用这些技术将使新一代的实验和分析成为可能,这些实验和分析将改变大家对大脑中一些最复杂、最清晰的人类信号的理解,如:思考、意识和记忆等认知行为。本文发表在Nature neuroscience杂志。

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工作记忆的认知神经科学

50多年来,心理学家和认知神经科学家已经认识到,工作记忆在多个目标处于活动状态时协调加工,并用不存在于当前环境中的信息指导行为的重要性。近年来,心理学理论和认知神经科学数据都集中在这样一个观点上,即信息是通过将注意力分配到内部表征中编码进入工作记忆的,无论是语义长时记忆(如字母、数字、单词)、感觉记忆还是运动记忆。因此,基于信息的人类功能MRI数据多变量分析通常发现刺激区域临时表征的证据,这些区域也在非工作记忆环境中加工信息。另一方面,前额叶皮层(PFC)通过偏倚记忆表征的显著性,并在相互竞争的、环境相关的规则中做出判断,来控制行为。“控制器的控制”源于PFC和纹状体回路以及上行多巴胺能神经调节信号之间复杂的相互作用。

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SVM在脑影像数据中的应用

如第一章所述,机器学习中有四种基本方法:有监督学习、无监督学习、半监督学习和强化学习。分类是监督学习的一种形式,它根据训练阶段确定的许多输入输出对将输入数据映射到输出数据。使用分类,与一组示例观察相关的特征可以用来训练一个决策函数,该函数以给定的精度生成类别赋值(即标签labels)。从功能性神经成像数据到推特帖子,这些特征可以是多种多样的。一旦基于这些特征创建了决策函数分类器,它就可以使用之前建立的模式自动将类标签附加到新的、不可见的观察结果上。有许多类型的机器学习算法可以执行分类,如决策树,朴素贝叶斯和深度学习网络。本章回顾支持向量机(SVM)学习算法。支持向量机的强大之处在于它能够以平衡的准确性和再现性学习数据分类模式。虽然偶尔用于回归(见第7章),SVM已成为一种广泛使用的分类工具,具有高度的通用性,扩展到多个数据科学场景,包括大脑疾病研究。

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人际协调增强了脑间同步性并影响社会合作中的责任归因和奖励分配

在社会合作过程中,资源的公平分配是影响个人利益和群体和谐的关键。不同的分配规则,比如公平和平等原则,已经在奖励分配研究中得到了广泛的讨论,然而个人的合作方式,如人际协调,是否影响其后续的责任归因和奖励分配尚不清楚。在这里,46对双人进行了一项时间估计任务,分为合作(协同组)和单独(对照组)两种操作,同时使用功能性近红外进行超扫描。与对照组相比,协调组的背侧前额叶皮层(DLPFC)表现出更高的行为同步性和更高的人际脑同步性(IBS)。他们还表现出了对任务结果的责任归因的更平等的倾向。更重要的是,在背内侧前额叶皮层(DMPFC)IBS较高的协调组更倾向于进行平等的奖赏分配,且受责任归因中介,我们的研究结果阐明了人际协调对奖励分配的影响,以及前额叶皮层的关键作用。

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对PTSD和MDD共病患者的TMS临床治疗反应的脑网络机制的探索性研究

PTSD(创伤后应激障碍)和MDD(重度抑郁症)均为常见且伴有重要精神症状和心理社会失能的精神障碍。PTSD和MDD经常共病,高达50%的PTSD患者也被诊断患有MDD。PTSD和MDD这两种精神障碍,经过标准化的治疗后仍旧有大量的患者存留精神症状,并且那些共病焦虑、抑郁的患者治疗预后更差。应用在PTSD与MDD中,对新兴神经网络异常的理解来解决上述问题显得更为有希望。同时,在数据分析过程中,无论是简单相关(例如皮尔逊相关)发现的相关关系还是利用GLM模型发现的相关关系在在被试量较少的情况下其假阳线都会有一定程度的提升,因此使用灵活而有效的方法去控制预测分析的假阳性发生率是非常有必要的。

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从诱发反应中解码动态脑模式:应用于时间序列神经成像数据的多元模式分析教程

多变量模式分析(MVPA)或大脑解码方法已经成为分析功能磁共振数据的标准做法。虽然解码方法已广泛应用于脑机接口,但其应用于时间序列神经成像数据(如脑磁图、脑电图)以解决认知神经科学中的实验问题是最近的事。在本教程中,我们描述了从认知神经科学的角度来告知未来时间序列解码研究的广泛选择。使用脑磁图数据的例子,我们说明了解码分析流程中的不同选项对实验结果的影响,目的是解码不同的知觉刺激或认知状态随时间的动态大脑激活模式。我们展示了在预处理(如降维、降采样、试次平均)和解码(如分类器选择、交叉验证设计)时所做的决策。除了标准解码外,我们还描述了对时变神经成像数据的MVPA的扩展,包括表征相似性分析、时间泛化和分类器权重图的解释。最后,我们概述了时间序列解码实验设计和解释中的重要注意事项。本文发表在Journal of Cognitive Neuroscience杂志。

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基于深度学习的人脑视觉神经信息编解码研究进展及挑战【附PPT】

现实世界中,外部视觉刺激是多种多样、杂乱无章的,而人类的视觉系统,从视网膜到高级视觉皮层的各个认知阶段,却能以某种方式稳定地识别和理解这些视觉输入数据。人脑在复杂视觉信息处理方面具有计算机所无法比拟的高效性、鲁棒性。视觉信息编码是指人脑将外部视觉刺激转换成神经活动信号的过程,解码是指根据观测到的脑信号模式预测对应的外部视觉刺激的过程。研究人脑视觉神经信息编解码,开发类似人脑的视觉信息处理模型,对于提高机器的智能感知能力具有重要意义。本报告讲解视觉神经信息编解码研究背景,国内外已取得的成果,并重点围绕深度学习来讲解视觉神经信息编解码研究进展以及该领域面临的挑战。

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