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journal of neuroscience:面孔的神经表征与眼动模式相协调

眼球运动是人类视觉功能如何完成的一个信号。近期大量的研究持续验证了在面孔识别过程中特征视觉采样的策略。然而这些个体差异是否反映在特殊的神经差异上目前尚没有研究报告。为探讨该问题本研究首先记录了观察者在面孔再认过程中的眼动数据;其次通过EEG数据获得了他们的面孔辨别神经反应 (neural face discrimination response)。实验结果发现在面孔再认阶段,注视点固定时间更长的面部特征诱发的面部辨别神经反应更大。该模式在不同的被试中 (eye lookers vs.mouth lookers) 同样被发现,且在注视点首次固定在兴趣位置时这种模式就会出现。本研究表明,眼球运动在视觉处理过程中起着重要的作用,可以为神经系统提供判断特定观察者的判断信息,并且面孔身份的有效处理涉及特质,而不是整个面孔。该研究由来自瑞士的Stacchi, Ramon, Leo和Caldara 完成,发表在杂志the journal of neuroscience上。

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EEG/ERP研究中使用头皮表面拉普拉斯算法的问题和考虑

尽管表面拉普拉斯算法可能抵消的容积传导和对表面电位数据记录参考的不利影响,电生理学学科一直不愿采用这种方法进行数据分析。这种顾虑的原因是多方面的,往往涉及到对潜在转换性质的不熟悉、感知到的数学复杂性的威胁,以及对信号损失、密集电极排列需求或噪声敏感性的担忧。我们回顾了容积传导和允许任意选择脑电参考所引起的缺陷,以一种直观的方式描述了表面拉普拉斯变换的基本原理,并举例说明了常见参考模式(鼻子、连接乳突、平均)和用于频繁测量的EEG频谱(theta, alpha)以及标准ERP成分(如N1或P3)的表面拉普拉斯转换之间的差异。我们特别回顾了表面拉普拉斯算法普遍应用中的一些常见的局限,这些局限可以通过适当选择样条弹性参数和正则化常数进行球面样条内插来有效地解决。我们从实用主义的角度认为,这些局限不仅是没有根据的,而且一直使用表面电位对脑电图和ERP研究的进展构成了相当大的障碍。本文发表在International Journal of Psychophysiology杂志。

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EEG中如何鉴别心电干扰信号

在EEG的信号处理过程中,通过独立成分分析(ICA)去除各种干扰信号应该是最麻烦的步骤,因为它需要操作者的主观判断,需要一定的经验才能准确无误地鉴别干扰信号。这一步对于新手朋友来说也是最为困难的一步。EEG中包含的主要噪声成分包括肌电、眼电、心电等,其中肌电和眼电非常常见,但是心电信号有时候能够在EEG中看到,有时并不存在。因此,在EEG预处理过程中也往往会忽略心电干扰信号的去除。在本文中,笔者针对心电干扰信号,简述其脑地形图、功率谱、时域信号的特征(注:这里所说的都是脑电信号ICA之后的心电成分),以帮助新手朋友快速鉴别这种干扰信号。

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作为一种连续现象的EEG微状态

近年来,脑电微状态分析作为一种描述大规模电生理数据时空动态性特征的工具得到了广泛的应用。脑电微状态被认为存在两种假设:(1)“胜者为王”,即任何给定时间点的地形图都处于一种状态;(2)从一种状态离散地转换到另一种状态。在本研究中,我们从脑电数据的几何角度研究了这些假设,将微状态地形作为原始通道空间子空间的基向量。我们发现,微状态内和微状态间的距离分布在很大程度上是重叠的:对于低全局场强 (GFP)范围,标记为一个微状态的单个时间点通常与多个微状态向量等距,这挑战了“胜者为王”的假设。在高场强下,微状态的可分性有所改善,但仍然较弱。虽然许多GFP峰(用于定义微状态的时间点)出现在高GFP范围内,但与较差可分性相关的低GFP范围也包含GFP峰。此外,几何分析表明,微状态及其跃迁看起来更像是连续的,而不是离散的,传感器空间轨迹变化率的分析显示了渐进的微状态转变。综上所述,我们的发现表明,脑电微状态被认为在空间和时间上是连续的更好,而不是神经集群的离散激活。 1.背景 基于脑电地形图具有准稳定模式的发现,研究人员描述这些稳定的地形图为脑电微状态。脑电微状态分析被认为是研究许多认知过程的神经特征的有效方法,也是研究脑电动态性并将之与认知和疾病联系起来的一种有效的方法。 当前的微状态模型基于两个关键假设,其中之一就是在任何时间点都存在一个单一的状态,即“胜者为王”原则。在脑电数据的几何角度下,M通道脑电数据集可以概念化为M维空间,每个时间点的地形对应于该M维空间中的一个坐标。微状态分析也可以看作是一种降维技术,它将每个微状态概念化为一维子空间,即表征为传感器空间中的向量。目前,将脑电数据紧密分布在(少量)微状态向量周围的假设称为离散性假设。如果微状态分析的离散性假设成立,那么与每个微状态相关的数据点应该紧密地分布在其父向量的周围,并且快速过渡到另一个微状态。 本研究使用标准微状态分析并结合经验和仿真数据的正交投影距离来表明,在传感器空间中,一个微状态内的时间点不一定局限于其父微状态向量周围。相反,单个时间点的地形图可以接近于多个微状态,并且取决于全局场功率,并且随着时间的推移而平滑地改变。因此,本研究表明,时空离散性的假设可能不能准确地捕捉到微状态的本质。此外,我们还证明了主成分分析可以用来可视化3D中的数据分布,因为它保留了不同聚类之间和聚类内的距离。 2.材料与方法 2.1 数据描述 本研究中,我们分析了两个数据集。我们使用了68名对照组和46名抑郁症/高BDI组,数据以500 Hz重新采样。 2.2 实验装置 使用64通道神经扫描系统记录数据,电极布置符合10-10国际系统。 2.3 数据分析 使用MATLAB中的EEGLAB工具箱导入数据进行分析。这些数据最初有66个通道,其中60个通道被保留下来进行分析。在进一步分析之前进行平均参考。然后,对数据进行1-30 Hz的带通滤波。执行ICA后手动清理数据。去除无关的伪影成分。 2.4 微状态分析 微状态分析算法包括以下步骤: (1)我们使用L1范数来计算GFP。这产生了GFP的时间序列,它反映了随着时间推移地形中的总能量(图1A-B)。 (2)GFP(t)的局部最大值被送到改进的k-均值聚类算法(步骤3-7)(图1C)。我们选择了四个聚类进行分析。 (3)聚类过程从随机选择n个模板图开始,其中n是聚类或微状态图的数量。 (4)利用GFP峰值数据计算n个模板图的空间相关性。取空间相关性的绝对值确保结果不依赖于地形图极性。 (5)计算模板图的解释方差。 (6)重新定义模板图,通过从每个聚类中提取所有地形图的第一主成分来实现。 (7)重复步骤4至6,直到解释方差不随迭代次数增加而改善。 (8)选择一组新的n个随机选择的模板图,并重复步骤3到7。最后,选择解释方差最大的一组模板图作为最终的微状态向量。

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无药帕金森病患者的时空脑电微状态分析

帕金森病(PD)的临床诊断非常困难,尤其是在早期阶段,因为没有可以参考的生理指标。帕金森病患者早期未用药时脑功能障碍指标可为帕金森病的早期诊断和后期治疗提供有价值的依据。为了寻找帕金森病患者脑功能障碍的时空特征标识,采用静息状态脑电微状态分析方法,对23例无药帕金森病患者和23例健康对照者进行了亚秒时间尺度上的全脑瞬态分析。微状态分析结果显示,帕金森病患者存在着与健康对照组不同的独特的空间微状态,其他几种典型微状态与正常对照组相比有显著差异,这些差异体现在微状态参数上,如帕金森病患者的某类微状态持续时间更长,出现次数更多。相关分析表明,多种微状态参数与运动功能减退、认知功能减退等显著临床症状之间存在显著的相关性。这些结果表明,本研究发现了反映帕金森病早期大脑功能障碍的多个可量化的特征标签,这种微状态的时间动态与代表运动功能和认知水平的临床评分相关。

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