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Nature reviews neuroscience:后扣带皮层的三分观点

后扣带回路(PCC)是大脑皮层中最为不了解的区域之一,但由于其独特的解剖和生理特性以及对高级认知功能和大脑疾病的重要贡献,近年来开始吸引越来越多的研究者。和前扣带回路相比,后扣带回路在人和动物模型中的研究相对较少,因此未来的研究方向应该专注于这一领域。本文作者详细介绍了近年来在后扣带回路方面的一些重要研究进展,包括跨物种和不同技术的结果,这些结果奠定了正式理论说明其功能的基础。基于这些证据,作者提出了一种三分法的观点,认为后扣带回路可以分为背侧PCC、腹侧PCC和后中央回皮层三个部分,分别支持执行、记忆和空间处理系统的整合。这一三分法的观点在之前的统一理论中消除了不一致性,为未来在这一领域的研究提供了有希望的新方向。

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Nature neuroscience:结构束的改变预示着淀粉样蛋白阳性老年人的下游tau蛋白累积

阿尔兹海默症的动物模型表明,在淀粉样蛋白病理学的促进下,tau蛋白病理学的传播可能沿着相关的途径发生。为了在人类中研究这些想法,研究者将淀粉样蛋白扫描与纵向数据相结合,包括白质连接、海马体积、tau正电子发射断层扫描以及256名认知健康的老年人的记忆表现。海马体积基线越低,连接海马扣带束(HCB)的平均扩散率越高。HCB扩散率预测了淀粉样蛋白阳性个体后扣带皮层的下游连接区tau蛋白的积累,而非淀粉样蛋白阴性个体。此外,HCB扩散率预测了具有高后扣带皮层tau结合的淀粉样蛋白阳性个体的记忆衰退。研究者的结果提供了更高的淀粉样蛋白病理学的体内证据,强调了后扣带皮层下游HCB扩散率和tau积累之间的联系,并促进记忆衰退。这证实了淀粉样蛋白在增强神经衰弱和记忆衰退方面的关键作用,标志着临床前期的阿尔茨海默病的开始。

03

健康老年人默认模式网络连接的性别差异

与男性相比,女性终生患阿尔茨海默氏病(AD)的风险有所增加。以脑连接的变化为特征,特别是在默认模式网络(DMN)内,并与临床症状相关,但在整个衰老过程中,性别对DMN功能的影响尚不清楚。我们调查了来自人类连接组项目-衰老队列的595名认知健康被试DMN连接的性别差异。我们使用内在连接分布(一种稳健的基于体素的功能连接度量)和种子点连接方法来确定DMN内以及DMN和整个大脑之间的性别差异。与男性相比,女性在DMN后部节点上的连接随着年龄的增长而更高,而在内侧前额叶皮层上的连接较低。这些差异在更年期前后的几十年里最为显著。基于种子的分析显示,女性从后扣带回到角回的连接更高,这与陈述性记忆和海马体的神经心理测量相关。综上所述,我们显示了在整个生命周期中DMN子网络中显著的性别差异,包括老年女性的模式,这与之前在临床前AD中看到的变化相似。这些发现强调了在衰老和神经退行性变的神经成像研究中考虑性别的重要性。

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Neuron重磅综述|默认模式网络20年:回顾与综述

默认模式网络(DMN)的发现彻底改变了我们对人脑工作原理的理解。在这里,我回顾了DMN发现的发展,提供了个人思考,并考虑了我们对DMN功能的想法在过去20年中是如何演变的。我总结了关于DMN在自我参照、社会认知、情景记忆和自传体记忆、语言和语义记忆以及思维游走方面的作用的文献。我确定了统一的主题,并就DMN在人类认知中的作用提出了新的观点。我认为DMN整合并传播了记忆、语言和语义表征,以创造一个连贯的反映我们个人经历的“内部叙事”。这种叙事是构建自我意识的核心,塑造了我们感知自己和与他人互动的方式,可能源于童年时期的自我定向语言,并形成了人类意识的重要组成部分。

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Nature子刊:用于同时记录数千个神经元胞内电活动的纳米电极阵列

记录神经元胞内电活动对于研究神经元之间的信息传递机制具有重要的意义。当前,膜片钳技术中用到的电极不仅可以测量神经元中动作电位的传导,而且还可以测量阈值下突触后电位(PSP)等电活动。在神经科学领域,大规模同时记录一个神经网络中大量神经元的胞内电活动具有更为重要的意义,但是,膜片钳电极本身并不十分适合按比例缩放成密集电极阵列,膜片钳技术同时一般只能测量一个或几个神经元的电活动。因此,研制出能够同时记录大规模数量神经元胞内电活动的电极阵列是神经科学和脑科学领域所亟待攻克的技术。近期,来自于美国哈佛大学保尔森工程与应用科学学院的研究团队在Nature Biomedical Engineering杂志发表题目为《A nanoelectrode array for obtaining intracellular recordings from thousands of connected neurons》研究论文,报道了一种纳米电极阵列,它可以同时从数千个体外连接的哺乳动物神经元中记录细胞内电活动信号。本文对该项研究作一个简单的报道。

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Molecular Psychiatry:默认网络与创造性思维的因果关系

创造性思维是一种主要的进化机制,对人类物种的快速发展做出了巨大贡献。人们认为,产生新颖有用的想法或原创思维的能力,与几个大规模、分散的皮层网络(如默认网络(DN))的意外、同步激活密切相关。尽管有大量的相关证据,但默认网络与创造力之间的因果关系尚未得到证实。在患者清醒时,对靠近语言相关区域的脑肿瘤进行手术切除,以绘制暴露的皮层表面的语言功能图。这样的手术提供了一个独特的机会来探索人类行为,同时通过局部电刺激扰乱局部皮层区域。我们使用一种新的个性化直接皮层刺激范式来检查创造性思维和DN之间的关系。术前静息状态功能磁共振成像用于绘制个体患者的DN。当参与者执行交替使用任务(AUT)时,识别为DN节点(研究)或DN节点外(对照)的皮层区域受到刺激。这项任务通过日常物品不同用途的数量和创意来衡量发散性思维。手术室中基线AUT表现与DN完整性呈正相关。在DN节点直接刺激皮层会导致产生替代用途的能力下降,但不会导致产生的独创性用途。当作为网络种子区域产生类似于规范DN的网络时,刺激与创造性流畅性的降低有关。刺激那些没有产生类似默认网络的区域(控制)不会改变创造性思维。这是第一个将DN与创造性思维因果联系起来的研究。

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Nature子刊 | 纽约大学团队提出基于深度学习和语音生成技术的脑电-语音解码

神经信号的语音解码面临着两大挑战。首先,用于训练个性化神经到语音解码模型的数据在时间上是非常有限的,通常只有十分钟左右,而深度学习模型往往需要大量的训练数据来驱动。其次,人类的发音非常多样,哪怕是同一个人重复说出相同的单词,语速、语调和音调等也会有变化,这给模型构建的表征空间增加了复杂性。早期的解码神经信号到语音的尝试主要依赖于线性模型,模型通常不需要庞大的训练数据集,可解释性强,但是准确率很低。近期的基于深度神经网络,尤其是利用卷积和循环神经网络架构,在模拟语音的中间潜在表示和合成后语音质量两个关键维度上展开。例如,有研究将大脑皮层活动解码成口型运动空间,然后再转化为语音,虽然解码性能强大,但重建的声音听起来不自然。另一方面,一些方法通过利用wavenet声码器、生成对抗网络(GAN)等,虽然成功重建了自然听感的语音,但准确度有限。最近,在一个植入了设备的患者的研究中,通过使用量化的HuBERT特征作为中间表示空间和预训练的语音合成器将这些特征转换成语音,实现了既准确又自然的语音波形。然而,HuBERT特征不能表示发音者特有的声学信息,只能生成固定统一的发音者声音,因此需要额外的模型将这种通用声音转换为特定患者的声音。此外,这项研究和大多数先前的尝试采用了非因果(non-causal)架构,这可能限制其在需要时序因果(causal)操作的脑机接口实际应用中的使用。

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