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深度循环编码器：一种用于大规模脑磁图建模的端到端网络
图 E 1 用于预测 MEG 活动的深度循环编码器 (DRE) 模型的表示。被掩蔽的 MEG pt ⊙ xt 从底部进入网络，连同控制表示 ut 和主题嵌入 s 。编码器使用卷积和 ReLU 非线性转换输入。然后，LSTM 对隐藏状态序列 ht 进行建模，并将其转换回 MEG 活动估计 ˆ xt 。Conv 1 d ( C in , C out , K, S ) 表示随时间进行的卷积，其中输入通道为 C in，输出通道为 C out，内核大小为 K，步幅为 S。类似地，ConvTransposed 1 d ( C in , C out , K, S ) 表示随时间进行的转置卷积。
探索视觉空间工作记忆中后内侧皮层的信息流：一项脑磁图研究
后内侧皮质 (PMC) 是大脑默认模式网络的主要中枢，与多种内部驱动认知有关，包括视觉空间工作记忆。然而，它对这些认知过程的确切贡献仍不清楚。使用 MEG，我们测量了健康人类参与者（男女青年）在执行视觉空间工作记忆任务时的 PMC 活动。多元模式分类分析揭示了在编码和检索过程中在一组先验定义的皮质 ROI 中与刺激相关的信息，除了 PMC 之外，还包括前额叶、枕叶和腹颞叶皮质。我们在信息流分析中测量了这些刺激信息在区域之间交换的程度，从而测量了区域间随时间的格兰杰因果关系。与任务的视觉性质一致，来自枕叶皮质的信息在大多数时期内塑造了其他区域。然而，PMC 在视觉空间工作记忆中塑造了枕叶和前额叶皮质中的物体表征，在检索过程中影响枕叶皮质，并在所有任务时期影响 PFC。我们的研究结果与 PMC 在表征内部内容（包括记忆信息）以及将外部刺激与记忆材料进行比较方面所发挥的作用相一致。
案例研究：通过脑磁图绘制四肢瘫痪患者初级运动和感觉区域的诱发场
通过植入皮层或皮层下结构与大脑交互的设备对于感觉或运动功能障碍患者的恢复和康复具有巨大潜力。典型的植入手术是根据完整功能生成的大脑活动图来规划的。然而，由于目标人群的残留功能异常，以及越来越多的植入硬件与 MRI 不兼容，因此绘制大脑活动图以规划植入手术具有挑战性。在这里，我们介绍了在瘫痪患者和现有脑机接口 (BCI) 设备中绘制受损体感和运动功能的方法和结果。脑磁图 (MEG) 用于直接绘制经皮电刺激和受损手部尝试运动期间引起的神经活动。发现诱发场与预期的解剖学和躯体组织相符。这种方法可能对引导植入物在其他应用中很有价值，例如用于疼痛的皮层刺激以及改善植入物定位以帮助减小开颅尺寸。
使用脑磁图源级长程相位耦合模式解码工作记忆任务条件
摘要 目的。本研究的目的是通过机器学习方法识别受试者之间共享的相位耦合模式，该方法利用来自工作记忆 (WM) 任务的源空间脑磁图 (MEG) 相位耦合数据。事实上，神经振荡的相位耦合被认为是远距离大脑区域之间通信的关键因素，因此在执行认知任务（包括 WM）时至关重要。以前研究认知任务期间相位耦合的研究通常集中在几个先验选择的大脑区域或特定频带上，并且已经认识到需要数据驱动的方法。机器学习技术已成为分析神经成像数据的宝贵工具，因为它们可以捕捉多元信号分布中的细粒度差异。在这里，我们期望这些应用于 MEG 相位耦合的技术可以揭示个体之间共享的 WM 相关过程。方法。我们分析了作为人类连接组项目的一部分收集的 WM 数据。当受试者 (n = 83) 在两种不同条件下执行 N -back WM 任务时收集 MEG 数据，即 2-back（WM 条件）和 0-back（控制条件）。我们估计了这两种条件以及 theta、alpha、beta 和 gamma 波段的相位耦合模式（多元相位斜率指数）。然后使用获得的相位耦合数据训练线性支持向量机，以便使用跨受试者交叉验证方法对受试者正在执行的任务条件进行分类。分类是根据来自各个频带的数据和所有频带的组合（多频带）分别进行的。最后，我们通过特征选择概率评估了不同特征（相位耦合）对分类的相对重要性。主要结果。分别根据 theta（62% 准确率）和 alpha 波段（60% 准确率）中的相位耦合模式成功地对 WM 条件和控制条件进行了分类。重要的是，多波段分类表明，不仅在 theta 和 alpha 波段，而且在 gamma 波段中的相位耦合模式也与 WM 处理有关，分类性能的提高 (71%) 证明了这一点。意义。我们的研究使用 MEG 源空间功能连接成功解码了 WM 任务。我们的方法结合了跨主题分类和我们小组最近开发的多维指标，能够检测到个体之间共享的连接模式。换句话说，结果可以推广到新的个体，并允许对与任务相关的相位耦合模式进行有意义的解释。
使用规范建模和机器学习从脑磁图数据中检测轻度创伤性脑损伤
许多脑部疾病迫切需要新的生物标记物；例如，轻度创伤性脑损伤 (mTBI) 的诊断具有挑战性，因为临床症状多样且不具特异性。EEG 和 MEG 研究已经证明了 mTBI 的几个人群水平指标，可以作为脑损伤的客观标记物。然而，从 EEG/MEG 信号中获取 mTBI 和其他脑部疾病的临床有用生物标记物受到个体间差异大（即使在健康人群中也是如此）的阻碍。在这里，我们使用多元机器学习方法从静息态 MEG 测量中检测 mTBI。为了解决病情的异质性，我们采用了规范建模方法，并将个体 mTBI 患者的 MEG 信号特征建模为相对于正常变化的偏差。为此，使用包含 621 名健康参与者的规范数据集来确定整个皮层功率谱的变化。此外，我们根据全规范数据的年龄匹配子集构建了规范数据集。为了区分患者和健康对照者，我们基于 25 名 mTBI 患者和 20 名未包含在常模数据集中的对照者的定量偏差图训练了支持向量机分类器。表现最佳的分类器利用了整个年龄和频率范围内的完整常模数据。该分类器能够以 79% 的准确率区分患者和对照者。对训练模型的检查显示，θ 频带（4-8 Hz）内的低频活动是 mTBI 的重要指标，这与早期研究一致。结果证明了使用 MEG 数据的常模建模结合机器学习来推进 mTBI 诊断和识别可从治疗和康复中受益患者的可行性。当前方法可应用于多种脑部疾病，从而为获取基于 MEG/EEG 的生物标志物提供基础。
使用磁脑电图（MEG）评估轻度创伤性脑损伤（MTBI）的恢复：同步神经相互作用（SNI）测试的应用
轻度创伤性脑损伤（MTBI）影响22％从阿富汗和伊拉克返回的美国服务人员。由于多种伤害机制造成的异质结构和功能改变，其诊断是具有挑战性的。MTBI主要基于历史（创伤）和临床评估，因为传统的神经影像学方法（例如磁共振成像（MRI）和大脑的计算机断层扫描（CT），通常不会揭示明显的异常异常。同样，根据几个标准，对MTBI后的恢复的评估仅依赖于临床评估。在大脑功能方面，我们假设MTBI反映了神经元种群之间受到干扰的动态相互作用，这是上述技术无法检测到的干扰。在寻求一种客观工具来检测MTBI的存在并评估其恢复时，我们在这里使用了磁脑摄影（MEG），这是一种非常适合评估大脑动态功能状态的模态。具体而言，我们使用同步神经相互作用（SNI）测试来评估257名健康（“对照”）退伍军人的功能性大脑状态，19名退伍军人，具有主动MTBI的临床诊断（“ A-MTBI”），以及18名退伍军人，他们患有MTBI并受到MTBI的痛苦，并在测试时恢复了（已恢复过测试）。逐步线性判别分析（LDA）产生了37个SNI预测因子，这些预测因子对所有257个对照和19个A-MTBI大脑正确分类。然后，我们使用这些预测因子将18 R-MTBI大脑分类为对照或A-MTBI组：9个大脑（50％）被分类为对照，而其他10个（50％）被归类为A-MTBI。这些发现（a）记录了SNI MEG正确检测A-MTBI的力量，以及（b）对临床评估工具的有效性提出了宣布从MTBI恢复的有效性的担忧。在积极方面，我们的结果提供了一个基于大脑的连续性，可以评估MTBI大脑的状态。该措施以及临床评估应明显减少不确定性，并大大改善MTBI恢复的量化，从而指导进一步的治疗。
大脑通信
颅内脑电图是癫痫发射区定位的黄金标准技术，但需要对癫痫组织的闭合有先入为主的假设。此放置位置是由癫痫符号，MRI，脑电图和其他成像方式的定性解释（例如磁脑摄影）的指导。使用磁脑摄影的定量异常映射已被证明具有潜在的临床价值。我们假设，如果通过颅内脑电图对可量化的磁脑摄影异常进行采样，则患者的切除后癫痫发作结果可能会更好。有32个患有新皮质癫痫的个体进行了磁脑摄影和随后的颅内脑电图记录，作为术前评估的一部分。闭眼的静止状态隔开磁性磁性带功率异常图源自70个健康的骗子作为规范基线。磁脑摄影异常图与颅内EEG电极植入进行了比较，并记录了颅内EEG电极放置的空间重叠，并记录了脑力磁脑电图异常。最后，我们评估了电极在异常组织中的植入以及随后通过磁脑表生造影和颅内EEG确定的最强的异常男女的切除，与手术成功相对应。我们将接收器操作特征曲线下的区域用作效果大小的量度。磁脑摄影异常和电极位置之间的重叠区分外科结果组适度良好（接收器操作特征曲线下的面积= 0.68）。颅内电极被植入脑组织中，具有最异常的磁脑摄影发现 - 在术后无癫痫发作的个体中（t = 3.9，p = 0.001），但没有在那些没有无癫痫发作的人中。在隔离中，通过磁脑摄影和颅内脑电图定义的最强异常的切除很好地分离了手术结果组，在接收器工作特征曲线下的面积= 0.71和接收器工作特征曲线下的面积= 0.74。一个结合了所有三个特征的模型，分隔了手术结果组（接收器操作特征曲线下的区域= 0.80）。颅内脑电图是描绘癫痫发作区并帮助个体术后无癫痫发作的关键工具。我们表明，从静止状态的磁脑摄影造影谱系中得出的数据驱动的异常图显示了临床价值，并可能有助于指导新皮层癫痫病人的电极位置。此外，我们的术后癫痫发作自由的预测模型既利用磁脑摄影和颅内脑电图记录），可以帮助患者对预期结果的咨询。
Direct Speech Synthesis from Non-Invasive, Neuromagnetic Signals
Direct speech synthesis from neural activity can enable individuals to communicate without articulatory movement or vocalization. A number of recent speech brain-computer interface (BCI) studies have been conducted using invasive neuroimaging techniques, which require neurosurgery to implant electrodes in the brain. In this study, we investigated the feasibility of direct speech synthesis from non-invasive, magnetoencephalography (MEG) signals acquired while participants performed overt speech production tasks. We used a transformer-based framework (Squeezeformer) to convert neural signals into Mel-spectrograms followed by a neural vocoder to generate speech. Our approach achieved an average correlation coefficient of 0.95 between the target and the generated Mel spectrograms, indicating high fidelity. To the best of our knowledge, this is the first demonstration of synthesizing intelligible speech directly from non-invasive brain signals. Index Terms : speech brain-computer interface, neural speech synthesis, magnetoencephalography, transformer
在语音的基本频率上，早期皮层反应在时间上与后来的皮质贡献分开
■大部分语音都表达了，表现出具有基本频率和许多较高态度的一定程度。一些神经种群对这种时间良好的结构做出反应，特别是在基本频率下。This frequency-following response to speech consists of both sub- cortical and cortical contributions and can be measured through EEG as well as through magnetoencephalography (MEG), although both differ in the aspects of neural activity that they capture: EEG is sensitive to both radial and tangential sources as well as to deep sources, whereas MEG is more restrained to the measurement of tangential and superficial neural activity.eeg对连续语音的反应显示，与
从人脑解码语音和语言
能否从大脑活动中解码语音？#neu- ral2speech 项目将利用认知神经科学和自然语言处理方面的突破，通过强大的神经解码器来解决这个引人注目的问题。具体来说，脑转语音解码器将被设计用于从非侵入性脑记录（即功能性磁共振成像和脑磁图数据）重建感知和产生的语音。通过整合深度学习技术和大型语言模型，#neu- ral2speech 不仅寻求加深我们对人类大脑语言处理的理解（特别关注多语言处理），而且还旨在为开发可以帮助受言语障碍影响的个体的创新沟通辅助工具铺平道路。潜在的应用非常广泛，有望彻底改变临床神经科学和人机交互。索引词：脑机接口、神经语音解码、脑磁图、功能性磁共振成像