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    Brain:结构连接预测脑深部电刺激治疗Tourette综合症的临床效果

    深部脑刺激可能是一种有效的疗法,以治疗严重的难治性抽动秽语综合征的选择病例;然而,患者的反应是多变的,并且没有可靠的方法来预测临床结果。这项回顾性研究的目的是确定与抽搐和共病强迫行为改善相关的刺激依赖的结构网络,比较不同手术目标之间的网络,并确定连接是否可以用于预测临床结果。多部位患者队列(n = 66)苍白球内肌(n = 34)或丘脑中央内侧部(n = 32) 双侧植入的激活组织体积被用于生成概率性纤维束追踪以形成规范的结构连接体。纤维束追踪图用于识别与抽搐或共患强迫行为改善相关的网络,并预测整个队列的临床结果。然后,相关网络被用来生成“反向”示踪图,以划分所有患者的刺激总量,以确定需要瞄准或避免的局部区域。结果表明,苍白球内区与边缘网络、联想网络、尾状核、丘脑和小脑的连通性与抽动症状的改善呈正相关;该模型预测了临床改善评分,并且对交叉验证是稳健的。与后腹侧苍白球相比,内侧前苍白球附近区域与正相关网络的连通性更高,与该图谱重叠的组织激活体积与抽搐改善显著相关。丘脑中央内侧,与感觉运动网络、顶叶-颞-枕神经网络、壳核和小脑的连接与抽搐改善呈正相关;该模型预测了临床改善评分,并且对交叉验证具有鲁棒性。丘脑前部/外侧中央内侧区域与正相关网络的连通性更高,但与该图谱重叠的组织激活量并不能预测改善。对于强迫性行为,两个目标都显示与前额叶皮层、眶额皮层和扣带皮层的连接与改善呈正相关;然而,只有中丘脑地图预测了整个队列的临床结果,但该模型对交叉验证并不稳健。总的来说,结果表明,刺激部位的结构连接可能对调节症状的改善很重要,而且参与抽搐改善的网络可能因手术靶点的不同而不同。这些网络为潜在的机制提供了重要的见解,并可用于指导导联的放置和刺激参数的选择,以及细化神经调节治疗难治性抽动秽语综合征的靶点。

    01

    利用机器学习和功能连接预测认知能力

    使用机器学习方法,可以从个体的脑功能连通性中以适度的准确性预测认知表现。然而,到目前为止,预测模型对支持认知的神经生物学过程的洞察有限。为此,特征选择和特征权重估计需要是可靠的,以确保具有高预测效用的重要连接和环路能够可靠地识别出来。我们全面研究了基于健康年轻人静息状态功能连接网络构建的认知性能各种预测模型的特征权重-重测可靠性(n=400)。尽管实现了适度的预测精度(r=0.2-0.4),我们发现所有预测模型的特征权重可靠性普遍较差(ICC<0.3),显著低于性别等显性生物学属性的预测模型(ICC≈0.5)。较大的样本量(n=800)、Haufe变换、非稀疏特征选择/正则化和较小的特征空间略微提高了可靠性(ICC<0.4)。我们阐明了特征权重可靠性和预测精度之间的权衡,并发现单变量统计数据比预测模型的特征权重稍微更可靠。最后,我们表明,交叉验证折叠之间的特征权重度量一致性提供了夸大的特征权重可靠性估计。因此,如果可能的话,我们建议在样本外估计可靠性。我们认为,将焦点从预测准确性重新平衡到模型可靠性,可能有助于用机器学习方法对认知的机械性理解。

    03

    Cerebral Cortex:从任务态和静息态脑功能连接预测儿童数学技能

    认知神经科学的一个关键目标是从神经结构和功能来预测行为,从而为谁可能从临床和/或教育干预中受益提供关键的见解。在整个发育过程中,分布的大脑区域之间功能连接的强度与儿童的数学技能有关。因此,在本研究中,我们使用基于连接体的预测模型来研究数字处理和休息期间的功能连接是否“预测”儿童的数学技能(N = 31, Mage = 9.21岁,14名女性)。总的来说,我们发现功能连通性在符号数比较和休息期间,而非非符号数比较期间,能预测儿童的数学技能。每一项任务都揭示了分布在典型大脑网络和主要脑叶上的一组明显不同的预测性连接。大多数这些预测性联系与儿童的数学技能呈负相关,因此,较弱的连接预示着较好的数学技能。值得注意的是,这些预测性连接在不同的任务状态下很大程度上是不重叠的,这表明儿童的数学能力可能取决于网络隔离和/或区域专门化的状态依赖模式。此外,目前的预测建模方法超越了大脑行为相关性,并朝着建立大脑连接模型的方向发展,最终可能有助于预测未来的数学技能。

    02

    ​PNAS:alpha频率经颅电刺激调控大脑默认网络

    默认模式网络(DMN)是最重要的内在连接网络,是大脑功能组织的关键架构。相反,失调的DMN是主要神经精神疾病的特征。然而,该领域仍然缺乏对DMN调控的机制和对DMN调控失调的有效干预。目前的研究通过操纵神经同步来解决这个问题,特别是α(8-12Hz)振荡,这是一种主要的内在振荡活动,在功能和生理上与DMN越来越相关。使用高分辨率α-频率经颅交流电流刺激(α-tACS)刺激皮层α振荡源,结合同时脑电图和功能MRI(EEG- fMRI),我们证明了α-tACS(与伪对照相比)不仅增强了脑电图α振荡,还增强了DMN核心内的fMRI和(源水平)α连接。重要的是,α振荡的增加介导了DMN连接的增强。因此,这些发现确定了α振荡和DMN功能之间的机制联系。经颅α调制可以上调DMN,进一步强调了一种有效的非侵入性干预,以使各种疾病中的DMN功能正常化。

    02

    Neuron:大脑功能连接的信息交流决定了电刺激在大脑皮层的传播

    灰质区域之间的交流支撑着大脑功能的各个方面。我们通过对20个医疗中心共550人进行29,055次单脉冲直接电刺激(平均每个受试者87±37次电极接触)后获得的颅内脑电图记录,研究了人脑的区域间通信。我们发现网络通信模型——基于扩散核磁共振推断的结构连通性计算——可以解释焦点刺激的因果传播,以毫秒时间尺度测量。在这一发现的基础上,我们表明,一个包含结构、功能和空间因素的简洁统计模型可以准确而稳健地预测脑刺激的全皮层效应(来自医疗中心的数据R2 = 46%)。我们的工作有助于网络神经科学概念的生物学验证,并提供了连接组拓扑如何塑造多突触区域间信号的见解。我们期望我们的发现对神经通讯的研究和脑刺激范式的设计有一定的启示。

    01

    Neuron:大脑功能连接的信息交流决定了电刺激在大脑皮层的传播

    灰质区域之间的交流支撑着大脑功能的各个方面。我们通过对20个医疗中心共550人进行29,055次单脉冲直接电刺激(平均每个受试者87±37次电极接触)后获得的颅内脑电图记录,研究了人脑的区域间通信。我们发现网络通信模型——基于扩散核磁共振推断的结构连通性计算——可以解释焦点刺激的因果传播,以毫秒时间尺度测量。在这一发现的基础上,我们表明,一个包含结构、功能和空间因素的简洁统计模型可以准确而稳健地预测脑刺激的全皮层效应(来自医疗中心的数据R2 = 46%)。我们的工作有助于网络神经科学概念的生物学验证,并提供了连接组拓扑如何塑造多突触区域间信号的见解。我们期望我们的发现对神经通讯的研究和脑刺激范式的设计有一定的启示。

    01

    北理工团队用机器学习分析大鼠在跑步机上“遮目”双足行走

    大数据文摘转载自机器人大讲堂 让大鼠在跑步机上行走,这是要作甚? 受环境因素的影响,如低光环境,动物在行走时可能无法视觉观测到地形的变化,这使得它们需要调整自己的动作来适应不可预测的地形。 随着神经科学的发展,越来越多的研究表明大脑皮层在动物对意外干扰的反应中起着重要作用,但科学家对这一过程中皮层区域之间的功能网络知之甚少。 北理工大鼠实验 为了研究这个问题,北京理工大学的研发团队训练了六只视力受阻的大鼠在跑步机上行走(跑步机上有一个随机的不平坦区域),研究人员记录了大鼠的全脑脑电图信号,并使用相位滞后

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    Molecular Psychiatry:家庭收入对儿童脑功能连接的影响

    摘要:较高的家庭收入F1与较大的皮质灰质体积和儿童认知能力的提高有关。然而,人们对Fl对大脑功能和结构连接的影响知之甚少。本横断面研究调查了Fl对9-11岁儿童大脑连通性和认知表现的影响。低Fl与默认模式网络(DMN)、上下顶叶皮层和小脑后部的整体功能连接密度(gFCD)下降有关,而运动、听觉、外皮层视觉区和皮质下区域的gFCD增加有关。认知表现部分介导了语速与DMN连通性之间的关联,而DMN连通性不介导语速与认知表现之间的关联。相比之下,Fl与结构连通性之间没有显著关联。研究结果表明,较差的认知表现可能反映了多种因素(遗传、营养、父母互动的水平和质量以及教育暴露),导致低收入家庭儿童DMN功能连通性降低。需要后续研究来帮助澄清这是否会导致这些儿童随着年龄增长而结构连通性下降。

    03
    领券