固态微电子学、分子生物学和神经科学领域的最新进展推动了神经形态设备的发展,将人工和生物系统结合起来,实时监测和控制神经活动。控制理论和非线性动力学的突破推动了神经元作为动态系统的数学理论和物理模型的演变,从单个元素[1-3]发展到复杂的神经网络[4,5]。同步过程在神经动力学的编码和解码中起着至关重要的作用,揭示了自组织过程在神经元动力学中的重要性[6-9]。此外,随着时间的推移,人们已经证明神经元动力学的基础在于复杂系统的自组织过程[10,11]。机器学习在神经网络中的应用已经解决了从简单计算到预测极端事件等各种问题[12-16]。脑机接口已经开发出来,用于恢复和调节大脑神经活动,采用侵入式和非侵入式方法 [17-19]。这些接口集成了复杂的传感器阵列,适用于不同的大脑区域,如视觉皮层、运动皮层、海马体等 [20]。生理信号传感系统的技术进步在保持灵敏度的同时减小了尺寸,无线系统简化了信号的记录和刺激 [21]。值得注意的是,已经开发出一种无线和无电池平台,可以进行数周的长期实时观察,并支持闭环操作 [22]。另一个值得注意的无线和无电池系统的例子包括电子电路、柔性电极阵列和儿茶酚胺传感器。该系统有助于体内实验,允许同时对自由行为的受试者进行光遗传学刺激和电化学记录儿茶酚胺动力学 [23]。这些平台有可能增进我们对生理过程的理解
摘要我们开发了一种可穿戴的实验传感器设置,该设置具有多模式EEG+FNIRS神经影像学,适用于与技术相互作用时人类行为的原位实验。低成本脑电图(EEG)与可穿戴的功能近红外光谱(FNIRS)系统集成在一起,我们分为两部分。论文A提供了详尽的设置基础架构,数据同步过程,使用传感器应用程序以及确保高信号质量的过程。本文(纸B)在三种不同的用例中演示了设置的可用性:一种常规的人类计算机互动实验,一种现场驾驶实验,参与者在城市和高速公路上驾驶汽车,以及Ashtanga Vinyasa Yoga Yoga实践。提供了来自高度生态有效的实验设置的认知负载数据,我们讨论了经验教训。 这些包括可接受和不可接受的人工制品,数据质量以及可以通过设置进行调查的构造。 关键字:EEG+FNIRS,原位实验,设计中的人类行为,用户以设计,研究方法和方法联系联系:Dybvik,Henrikke Norwegian诺维吉亚大学机械与工业工程系机械与工程系挪威Henrikke.dybvik@ntnu.no.no.no.no no提供了来自高度生态有效的实验设置的认知负载数据,我们讨论了经验教训。这些包括可接受和不可接受的人工制品,数据质量以及可以通过设置进行调查的构造。关键字:EEG+FNIRS,原位实验,设计中的人类行为,用户以设计,研究方法和方法联系联系:Dybvik,Henrikke Norwegian诺维吉亚大学机械与工业工程系机械与工程系挪威Henrikke.dybvik@ntnu.no.no.no.no
久坐行为是指任何清醒状态下,以坐姿、斜卧姿或躺姿进行,能量消耗≤1.5 代谢当量 (MET) 的行为 [1]。久坐行为约占儿童清醒时间的 60%,且有报道称,近几年久坐行为有所增加 [2,3]。如今,儿童电子娱乐形式日益增多,包括电视、互联网、手机和视频游戏,这导致久坐时间增加,久坐已成为最常见的休闲活动 [2,4]。有令人信服的证据表明,久坐行为的增加可能会损害儿童和青少年的身体、心理和认知健康 [5,6]。重要的是,久坐行为对认知结果的影响可能因久坐行为的类型而异。例如,教育性久坐行为可能对认知结果产生积极影响,而非教育性久坐行为可能会损害认知相关结果(例如,执行功能、智力、学业成绩)[7–11]。然而,人们对久坐行为对大脑健康的影响及其与智力在整个生命周期中的关系了解甚少。大脑结构是同步过程的结果,反映了影响特定神经功能的环境和遗传因素之间的相互作用 [12]。久坐行为是影响大脑结构和功能的环境因素之一 [13]。在健康儿童中,只有四项研究调查了久坐行为对大脑的影响,其中一项侧重于大脑连接 [14],另三项侧重于大脑结构 [12,15,16]。例如,Takeuchi 等人对体重正常儿童进行的纵向研究表明,虽然看电视时间越长,区域灰质体积就越大(即额极区和内侧前额叶区域、下丘脑/隔膜和感觉运动区),但频繁使用互联网则与区域灰质体积减少有关(即前额叶区域、前扣带回、岛叶、颞叶和枕叶区域)[15,16]。因此,研究儿童整体和具体的久坐行为与大脑结构的关系是有意义的。这对于超重/肥胖儿童尤其重要,因为久坐生活方式的增加往往会导致体重增加或无法维持减肥效果,进而可能损害儿童时期的执行功能、智力和学业成绩 [17–20]。此外,最近针对成年人的证据表明,超重或肥胖者的大脑体积比瘦弱的同龄人“老”了 10 岁 [21]。事实上,体重指数 (BMI) 与灰质体积呈负相关 [22,23]。最后,尽管心肺健康对体重正常儿童[24,25]和超重/肥胖儿童[26]的灰质体积都很重要,但先前的研究在研究久坐行为对儿童大脑结构的影响时并没有考虑心肺健康。上述发现强调了在生命早期超重或肥胖的背景下研究久坐行为与大脑结构之间的关联的重要性。据我们所知,之前还没有研究过久坐行为对超重/肥胖儿童大脑结构的影响;也没有研究过久坐行为相关的大脑体积差异与智力之间的关系。