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脑电连通性:优化研究设计和评估的基本指南和检查清单

对于EEG数据有多种分析方法来评估大脑连通性。然而,连通性方法的实施存在很大的异质性。连通性测量、数据收集或者数据预处理的概念化的异质性可能与测量稳健程度的易变性有关。虽然使用不同EEG连通性测量的研究之间很难进行比较,但标准化的处理和报告可能有助于解决这个问题。本文讨论了重参考、epoch的长度和数量、容积传导的控制、伪迹去除、多重比较的统计控制等因素如何影响连通性测量的EEG连通性评估。基于先前的研究,本文提出了相关建议和新的检查清单用于EEG连通性研究的质量评估。该检查清单和建议旨在提请注意那些可能影响连通性评估的因素以及未来研究中需要改进的因素。EEG连通性程序和报告的标准化可能使得EEG连通性研究更具可综合性[如,用于元分析研究]和可比性,尽管连通性评估的方法上存在差异。

01

大规模电生理网络动力学

多年来,人们一直认为神经同步对认知至关重要。不同神经群之间的同步时间模式承载的信息超越了这些群的孤立活动,这一观点引发了功能性神经成像领域的焦点转移。具体来说,对某些刺激或任务引起的某些区域内的激活的研究,在一定程度上已经让位于对远端区域之间的共激活模式或功能连接的分析。最近,功能连接学界已经超越了早期工作所基于的平稳性假设,并引入了将时间动态纳入连接分析的方法。特别是,非侵入性电生理数据(脑磁图/脑电图(MEG/EEG))可以直接测量全脑活动和丰富的时间信息,为了解这种(潜在的快速)大脑动态提供了一个特殊的窗口。在本文中,我们讨论了挑战、解决方案以及近年来开发的一系列分析工具,这些工具有助于利用这些成像方式研究动态功能连接。进一步,我们讨论了这些方法在认知和神经精神障碍研究中的应用。最后,我们回顾了一些现有的发展,通过使用现实的计算模型,追求对非平稳连通性的潜在原因的更深入的理解。本文发表在NeuroImage杂志。

03

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

Cerebral Cortex|认知和基于结构协方差结构形态连接的性别差异:来自UK Biobank大样本量的证据

摘要:有证据表明,在特定领域的认知存在性别差异,女性通常在言语记忆方面表现出优势,而男性往往在空间记忆方面表现得更好。大脑连通性的性别差异得到了充分的记录,可能为这些差异提供了见解。在这项研究中,我们研究了来自英国生物银行的大型健康样本的认知和结构协方差的性别差异,作为形态测量连通性的指标。正如预测的那样,女性表现出更好的言语记忆,而男性表现出空间记忆优势。女性也表现出更快的处理速度,在执行功能上没有观察到性别差异。相对于女性,男性表现出更高的整体效率,以及更高的两个半球的区域协方差。这些发现有助于更好地理解生物性别和认知差异如何与图形论方法衍生的形态测量连通性相关。

01

Cerebral Cortex:老年人生活方式与脑功能连接的关系及其与认知能力下降的联系

本研究探讨了参与不同生活方式活动与大范围脑功能网络连接的关系,以及网络连接是否独立于脑淀粉样蛋白水平而改善认知能力下降。参与者(N = 153,平均年龄= 69岁,包括N = 126淀粉样蛋白成像)在完成静息状态功能磁共振成像、生活方式活动问卷和认知测试后,认知正常。他们每年接受长达5年的认知测试(平均= 3.3年)。线性回归表明,认知活动参与与背侧注意网络内的连接,以及身体活动水平与默认模式、边缘和额顶叶控制网络内的连接以及全局网络内连接之间存在正相关关系。此外,较高的认知和身体活动水平与较高的网络模块化(功能网络专业化的衡量指标)独立相关。这些相关性在很大程度上独立于APOE4基因型、淀粉样蛋白负担、全脑萎缩、血管风险和认知储备水平。此外,背侧注意、默认模式和边缘网络的高连通性,以及更大的全局连通性和模块化与认知能力下降相关,与APOE4基因型和淀粉样蛋白负担无关。这些发现表明,大脑功能连接的变化可能是生活方式活动减少认知能力下降的机制之一。

02

追踪任务期间fMRI功能连接的空间动态

功能磁共振成像(fMRI)测量的功能连通性(FC)为探索大脑组织提供了一个强有力的工具。脑组织的时间动力学研究表明,功能连接体具有很大的时间变异性,这可能与心理状态的转变和/或适应过程有关。大多数动态研究,如功能连接体和功能网络连接(FNC),都关注于宏观的FC变化,即不同脑网络来源、节点和/或感兴趣区域的时间相干性变化,其中假设在网络或节点内FC是静态的。在本文中,我们发展了一种新的方法来检查FC的空间动力学,而不假设其网络内的平稳性。我们将我们的方法应用于22名受试者的听觉oddball任务(AOD)中的fMRI数据,试图通过评估空间连通性是否随任务条件而变化来捕获/验证该方法。结果表明,除了参与传统的时间动态,如跨网络变异性或动态功能网络连通性(dFNC),连接网络还表现出随时间的空间变异性。此外,我们还通过聚类分析评估个体对AOD任务中目标(oddball)检测的功能对应关系,研究了FC的空间动态与认知过程的关系。提取认知任务对应状态,并分离对应状态的动态FC空间图。在不同的任务引导的状态下,任务刺激同步状态随着默认模式网络(defaultmode network, DMN)与认知注意网络强的负相关关系显著降低。我们还观察到越来越多的任务异步状态,这种状态表现出没有DMN的反相关。研究结果强调了认知任务对观察到的空间动态结构的影响。我们还发现,我们方法得到的FC空间动态模式与宏观dFNC模式基本一致,但在空间上有更多的细节和规范,同时源内部的连通性提供了新的信息,并随时间而变化。总的来说,我们证明了(通常被忽视的)连接的空间动力学存在的证据,它与任务的联系和认知/心理状态的暗示。

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