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人的大脑在每个时间的瞬间通过行进波的多路复用编码视觉事件的编年史
人脑连续处理视觉输入的流。然而，单个图像通常会触发延伸超过1s的神经反应。要了解大脑如何编码和保持连续的图像，我们用脑电图分析了人类受试者观看时的大脑活动。 5000个视觉刺激以快速序列呈现。首先，我们确认可以从大脑活动中解码每种刺激； 1s，我们证明大脑在每次瞬间同时代表多个图像。第二，我们在预期的视觉层次结构中进行了定位的脑反应，并表明在每次瞬间，不同的大脑区域代表了过去刺激的不同快照。第三，我们提出了一个简单的框架，以进一步表征这些行进波的动态系统。我们的结果表明，一系列神经回路，每个链由（1）隐藏的维护机制和（2）可观察到的更新机制组成，它解释了视觉序列引起的宏观脑表示的动力学。一起，这些结果详细介绍了一个简单的体系结构，解释了如何同时在大脑中同时代表连续的视觉事件及其各自的时间。
解码大脑活动以实现语言生成
大脑解码是将大脑活动映射到产生这些活动的刺激的过程，近年来一直是一个活跃的研究领域。在语言刺激的情况下，最近的研究表明，可以将 fMRI 扫描解码为受试者正在阅读的单词的嵌入。然而，这种词嵌入是为自然语言处理任务而设计的，而不是为大脑解码而设计的。因此，它们限制了我们恢复精确刺激的能力。在这项工作中，我们建议直接对 fMRI 扫描进行分类，将其映射到固定词汇表中的相应单词。与现有工作不同，我们对以前从未见过的受试者的扫描进行评估。我们认为这是一个更现实的设置，我们提出了一个可以解码从未见过的受试者的 fMRI 数据的模型。我们的模型在这项具有挑战性的任务中实现了 5.22% 的 Top-1 和 13.59% 的 Top-5 准确率，显著优于所有考虑过的竞争基线。此外，我们使用解码后的单词来指导 GPT-2 模型的语言生成。通过这种方式，我们进一步探索出一种将大脑活动转化为连贯文本的系统。
![arxiv：2009.04765v3 [CS.CL] 2020年11月11日](/simg/9\9d016116e44f1fa0a8e83b8444bdbba4b258004f.webp)
arxiv：2009.04765v3 [CS.CL] 2020年11月11日
大脑解码，被理解为将大脑活动映射到产生它们的刺激的过程，在过去几年中一直是一个具有研究的研究领域。在语言刺激的情况下，最近的研究表明，可以将fMRI扫描分解成读取一个主题单词的嵌入。但是，这种单词嵌入是为Natu的语言处理任务而不是用于大脑解码的。因此，它们限制了我们恢复精确刺激的能力。在这项工作中，我们建议直接对fMRI扫描进行分类，将其映射到固定的vo-cabulary中的相应单词。与现有工作不同，我们评估了以前看不见的受试者的扫描。我们认为这是一个更真实的设置，我们提出了一个模型，可以从看不见的主题中解释fMRI数据。我们的模型达到5。22％的TOP-1和13。 在这项具有挑战性的任务中，59％的前5位准确性显着超过了所有考虑的竞争基线。 fur-hoverore，我们使用解码的单词使用GPT-2模型指导语言发生。 以这种方式，我们提高了对将大脑活动转化为连贯文本的系统的追求。22％的TOP-1和13。在这项具有挑战性的任务中，59％的前5位准确性显着超过了所有考虑的竞争基线。fur-hoverore，我们使用解码的单词使用GPT-2模型指导语言发生。以这种方式，我们提高了对将大脑活动转化为连贯文本的系统的追求。
人类认知控制的闭环增强和神经解码
认知控制是能够扣留默认的，有力的响应，而有利于更适合自适应的选择。控制缺陷在精神障碍中很常见，包括抑郁，焦虑和成瘾。因此，一种改善认知控制的方法可能在很少有效治疗的疾病中广泛有用。在这里，我们证明了通过人类直接脑刺激对认知控制的一个方面的闭环增强。，我们在接受颅内癫痫监测的参与者执行认知控制/冲突任务时刺激了内部胶囊/纹状体。刺激增强了性能，并且背胶囊/纹状体刺激的影响最大。然后，我们开发了一个框架来检测控制失误并刺激响应。这种闭环方法比开环刺激产生了更大的行为变化，每单位能量的性能变化略有改善。最后，我们使用与现有闭环大脑植入物兼容的功能直接从少量电极的活动中解码了任务性能。我们的发现是一种基于直接修复潜在的认知缺陷的新方法来治疗严重精神障碍的概念证明。
人类前额叶皮层参与视觉意识的出现
摘要探索意识的神经机制是认知神经科学的一项基本任务。关于前额叶皮层（PFC）在意识出现中的作用存在持续的争议，这部分是由于报告与意识与与意识相关的活动之间的混杂所引起的。为了解决这个问题，我们设计了一项视觉意识任务，可以最大程度地减少与报告相关的电机混淆。我们的结果表明，在意识试验中，SACCADIC潜伏期要比不自觉试验中的延迟明显短。来自六名患者的局部现场潜力（LFP）数据同意在PFC中显示早期（200-300ms）与意识相关的活动，包括与事件相关的计力和高-伽马活性。此外，自早期阶段以来，PFC中的神经活动可以可靠地解码意识状态，而神经模式在表达意识中动态变化，而不是稳定。此外，在意识试验的早期阶段，PFC和其他大脑区域之间通过低频和其他大脑区域之间的相位调制来增强动态功能连接性，可能会解释有意识进入的机制。这些结果表明，PFC与意识的出现非常重要。
从脑磁信号进行连续语言语义重建
从神经信号中解码语言具有重要的理论和实践意义。先前的研究表明从侵入式神经信号中解码文本或语音的可行性。然而，当使用非侵入式神经信号时，由于其质量低下，面临着巨大的挑战。在本研究中，我们提出了一种数据驱动的方法，用于从受试者听连续语音时记录的脑磁图 (MEG) 信号中解码语言语义。首先，使用对比学习训练多受试者解码模型，从 MEG 数据中重建连续词嵌入。随后，采用波束搜索算法根据重建的词嵌入生成文本序列。给定波束中的候选句子，使用语言模型来预测后续单词。后续单词的词嵌入与重建的词嵌入相关联。然后使用这些相关性作为下一个单词的概率度量。结果表明，所提出的连续词向量模型可以有效利用特定主题和共享主题的信息。此外，解码后的文本与目标文本具有显著的相似性，平均 BERTScore 为 0.816，与之前的 fMRI 研究结果相当。
通过分离行为相关的神经信号揭示运动皮层中意想不到的复杂编码但简单的解码机制
摘要 在运动皮层中，行为相关的神经反应与不相关的信号纠缠在一起，这使编码和解码机制的研究变得复杂。目前尚不清楚行为无关信号是否可能隐藏一些关键真相。一种解决方案是准确地分离行为相关和不相关的信号，但由于行为相关信号的实际情况未知，这种方法仍然难以捉摸。因此，我们提出了一个框架来定义、提取和验证行为相关信号。通过分析三只执行不同伸手任务的猴子的分离信号，我们发现以前被认为无用的神经反应以复杂的非线性方式编码了丰富的行为信息。这些反应对于神经元冗余至关重要，并揭示了运动行为占据了比之前预期更高维的神经空间。令人惊讶的是，当结合经常被忽略的神经维度时，行为信息的线性解码可以与非线性解码一样准确，这表明线性读出是在运动皮层中进行的。我们的研究结果提示，分离与行为相关的信号可能有助于发现更多隐藏的皮质机制。
通过分离行为相关的神经信号揭示运动皮层中意想不到的复杂编码但简单的解码机制
摘要 在运动皮层中，行为相关的神经反应与不相关的信号纠缠在一起，这使编码和解码机制的研究变得复杂。目前尚不清楚行为无关信号是否可能隐藏一些关键真相。一种解决方案是准确地分离行为相关和不相关的信号，但由于行为相关信号的实际情况未知，这种方法仍然难以捉摸。因此，我们提出了一个框架来定义、提取和验证行为相关信号。通过分析三只执行不同伸手任务的猴子的分离信号，我们发现以前被认为无用的神经反应以复杂的非线性方式编码了丰富的行为信息。这些反应对于神经元冗余至关重要，并揭示了运动行为占据了比之前预期更高维的神经空间。令人惊讶的是，当结合经常被忽略的神经维度时，行为信息的线性解码可以与非线性解码一样准确，这表明线性读出是在运动皮层中进行的。我们的研究结果提示，分离与行为相关的信号可能有助于发现更多隐藏的皮质机制。
使用脑机界面如何影响人类的代理意识
脑机界面（BMI）允许个人通过控制自己的大脑活动来控制外部装置，而无需身体或肌肉运动。执行自愿运动与这些动作及其成果的代理经验（“代理感”）有关。当人们自愿控制BMI时，他们也应该体验一种代理感。但是，与正常运动相比，使用BMI采取行动会出现几种差异。特别是，BMI缺乏感觉运动反馈，可提供较低的可控性，并且与认知疲劳的增加有关。在这里，我们探讨了这些不同因素如何影响两项研究中的代理意识，在这两项研究中，参与者通过通过脑电图在线解码的运动图像来控制机器人手。我们观察到，使用BMI时缺乏感觉运动信息似乎没有影响代理意识。我们进一步观察到，对BMI的控制较低会降低代理感。最后，我们观察到，越好的参与者控制了BMI，通过身体所有权和代理分数来衡量，机器人手的拨款越大。根据BMI技术对使用假肢的患者的重要性，讨论了基于对代理意识的存在理论讨论结果。
人类味觉感知：脑机接口 (BCI) 及其作为味觉驱动感官研究工程工具的应用
摘要 感官满足是消费者接受的关键，也决定了任何食品在市场上的成功。虽然外观、气味和质地等不同的感官参数被认为是决定食品整体可接受性的因素，但味道起着重要作用。由于感官小组不能真实反映消费者的味觉感知，因此行业专注于市场调查。实际上，消费者的味觉感知因产品成本、品牌以及他们的年龄和健康状况而异。食物品尝的过程从舌头开始，不同的味觉受体对各种味觉刺激作出反应，并将信号传递到大脑区域的皮层。这些信号导致电流流过大脑神经网络，并增加特定大脑区域的含氧血液利用率。使用脑电图、脑磁图、功能性磁共振成像和脑机接口 (BCI) 技术等非侵入式设备，可以感知这些信号并将其解码为有用的感官数据。这篇综述解释了不同味觉刺激的味觉识别途径以及 BCI 技术检测和区分它们的基本步骤。此外，它还探索了与BCI相关的味觉驱动感官研究及其相关的限制因素，以成为未来的感官方法。