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记忆相关脑电研究:神经信息流在感知和记忆重塑的走向是相反的

来自伯明翰大学的Juan Linde-Domingo等人在NATURECOMMUNICATIONS发文,其使用反应时和EEG时间序列解码来验证假设:相比于最初的感知编码,同一事件被记忆检索时,信息流出现了反转。研究者通过三个实验,发现高度一致的证据来支持这一反向信息流。当个体观察物体时,相比于高级概念特征,低级感知特征在行为上被更快地区分,并且可以更早地从大脑活动中解码。然而这种模式在进行回忆时发生逆转,反应时和大脑激活模式表明概念特征的重建显著快于感知特征。该研究结果支持符合神经生物学的人类记忆模型,表明记忆检索是一种结构化的、多层次的过程,其对语义特征的加工优先于感知特征。

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用于追踪认知任务期间的亚秒级脑动态的高密度脑电

这项工作为社区提供了高密度脑电图(HD-EEG, 256个通道)数据集,这些数据集是在无任务和任务相关范式下收集的。它包括43名健康的参与者执行视觉命名和拼写任务,视觉和听觉命名任务和视觉工作记忆任务,以及静息状态。HD-EEG数据以脑成像数据结构(bid)格式提供。这些数据集可以用来(i)追踪大脑网络动力学和在不同条件下(命名/拼写/其他)的次秒级时间尺度,和模态(听觉、视觉)的快速重新配置和相互比较,(ii)验证几个方法中包含的参数,这些方法是用来通过头皮脑电图估计大脑皮层网络,例如最优通道数量和感兴趣区域数量的问题,以及(iii)允许到目前为止使用HD-EEG获得的结果的再现性。我们希望,这些数据集的发布将推动新方法的发展,可以用来评估大脑皮层网络,并更好地了解大脑在休息和工作时的一般功能。 数据可从https://openneuro.org免费获取。 1.1.背景和概要 新的证据表明,来自于空间上遥远的大脑区域之间的通信导致大脑功能(失能)。尽管在过去的几十年里,功能性磁共振成像已经给神经科学带来了革命性的变化,但其固有的时间分辨率较差,这是限制其用于跟踪快速大脑网络动态的主要缺陷,而这种网络动态是多个大脑(认知和感知运动)过程执行的基础。脑电图/脑磁图(EEG/MEG)是一种独特的非侵入性技术,能够在毫秒的时间尺度上跟踪大脑动态。 在无任务范式和任务相关范式下,已经有一些研究使用脑电图/脑磁图源连通性方法来跟踪大脑皮层网络。然而,尽管人类连接组项目(HCP)和几个脑电图数据集的MEG数据集模型得到了人们的称赞,但只有很少的数据可以同时用于休息和任务,并且在不同任务中开放获取的高密度脑电图(HD-EEG, 256个通道)数据仍然缺失。 HD-EEG与复杂的信号处理算法相结合,正日益将EEG转变为一种潜在的神经成像模式。最近的脑电图研究揭示了在休息和认知任务期间跟踪快速功能连接动态的可能性。此外,一些研究报告了HD-EEG数据(与低脑电通道密度相比)在某些病理条件下的潜在应用,如癫痫网络的定位和神经退行性疾病中认知功能下降的检测。此外,新出现的证据表明,在一定程度上,使用HD-EEG可以捕获皮层下的结构。在这种背景下,无任务和任务相关的可用性开放HD-EEG数据库正在快速成为强制性的(i)解读(次秒级)重组的脑功能网络在认知,(ii)开发新的信号处理方法,充分估计大脑皮层网络和(iii)允许使用HD-EEG到目前为止结果的再现性。 在此,我们提供了第一个开放获取的HD-EEG(256通道)数据集,在休息状态和4种不同的任务(视觉命名、听觉命名、视觉拼写和工作记忆)下记录。部分数据已经被用于开发和分析各种信号处理方法。 特别地,我们的努力集中在对休息和图片命名期间的脑功能网络的估计上。然而,这些研究都没有描述数据集的细节,而且到目前为止的工作只用了小部分数据。在这项工作中,我们提供了所有必要的细节和一个开放的数据库,以便国际科学界能够在无任务和与任务相关的范式中自由地产生对大脑功能的更好的理解。这也将有助于新方法的开发,以提高目前使用的HD-EEG评估皮质脑网络的技术的准确性,并通过比较结果和未来的meta分析来使得这些技术互相面对。我们希望这个数据集将有助于使脑电图源空间网络分析成为一种成熟的技术,以解决认知和临床神经科学中的一些问题。 1.2 方法 1.2.1 数据采集 数据是2012年至2017年在法国雷恩进行的两项不同实验中收集的。第一数据集包括视觉对象名字的命名和拼写(图1)。第二个数据集包括静息状态、视觉/听觉命名和视觉工作记忆任务(图2)。同样的设备中使用的数据集和录音都在同一个地方(雷恩大学医院中心)。采用HD-EEG系统(EGI,256个电极)以1 KHz采样率记录脑活动,电极阻抗保持在50 k ω以下。两项研究的参与者是不同的。他们提供了参与的书面知情同意,并完成了一些纳入/排除标准问卷(总结见表1)。参与者坐在法拉第结构房间的扶手椅上。房间由百叶窗减弱的自然光照亮。我们的参与者的头大约位于屏幕前1米。图像以白色背景上的黑色图画的形式集中呈现,没有任何尺寸修改(10厘米x 10厘米)。这种设置对应于从注视点的最大靠近度2.86度的视角,从而使整个图像处于参与者的中心凹视野内。声音通过50瓦的罗技扬声器显示,没有任何音频隔离的可能性。

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NeuroImage:警觉性水平对脑电微状态序列调制的证据

大脑的瞬时整体功能状态反映在其电场构型中,聚类分析方法显示了四种构型,称为脑电微状态类A到D。微状态参数的变化与许多神经精神障碍、任务表现和精神状态相关,这确立了它们与认知的相关性。然而,使用闭眼休息状态数据来评估微状态参数的时间动态的常见做法可能会导致与警觉性相关的系统性混淆。研究人员研究了两个独立数据集中的微状态参数的动态变化,结果表明,微状态参数与通过脑电功率分析和fMRI全局信号评估的警觉性水平有很强的相关性。微状态C的持续时间和贡献,以及向微状态C过渡的概率与警觉性正相关,而微状态A和微状态B则相反。此外,在寻找微状态与警觉性水平之间对应关系的来源时,研究发现警觉性水平对微状态序列参数的格兰杰因果效应。总而言之,本研究的发现表明,微状态的持续时间和发生具有不同的起源,可能反映了不同的生理过程。最后,本研究结果表明,在静息态EEG研究中需要考虑警觉性水平。

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Neurolmage:儿童和青春期早期大脑内在活动的复杂度

大量证据表明,脑信号复杂性(BSC)可能是健康大脑功能的重要指标,或者是疾病和功能障碍的前兆。然而,尽管最近取得了进展,但我们目前对BSC如何在大规模网络中出现和发展,以及形成这些动态因素的理解仍然有限。在这里,我们利用静息态功能近红外光谱(rs-fNIRS)捕捉和表征了107名6-13岁健康被试的大规模功能网络中BSC动力学的性质和时间过程。自发性BSC的年龄依赖性增加主要发生在高阶关联区域,包括默认模式(DMN)和注意(ATN)网络。我们的研究结果还揭示了BSC的不对称发育模式,这是特定于背侧和腹侧ATN网络的,前者显示出BSC的左侧化,后者显示出右侧化。与男性相比,这些与年龄相关的侧偏性变化在女性中似乎更为明显。最后,使用机器学习模型,我们表明BSC是一个可靠的实际年龄预测指标。高阶关联网络,如DMN和背侧ATN,在预测以前未见过的个体的年龄方面表现出最强大的预测能力。综上所述,我们的研究结果为在童年和青春期进化的大规模内在网络中的BSC动态的时空模式提供了新的见解,表明基于网络的BSC测量代表了一种追踪正常大脑发育的有前途的方法,并可能有助于早期发现非典型发育轨迹。

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