XiaoMi-AI文件搜索系统
World File Search Systemrois
用于增强全脑分割的曲率引导粗到精框架
摘要。全脑分割是将整个脑体积划分为解剖标记的感兴趣区域 (ROI)，是脑图像分析中的关键步骤。传统方法通常依赖于复杂的管道，这些管道虽然准确，但由于其复杂性而耗时且需要专业知识。或者，端到端深度学习方法提供快速的全脑分割，但通常会由于忽略几何特征而牺牲准确性。在本文中，我们提出了一种新颖的框架，将以前由复杂的基于表面的管道使用但被基于体积的方法忽略的关键曲率特征集成到深度神经网络中，从而实现高精度和高效率。具体而言，我们首先训练一个粗略的解剖分割模型，重点关注高对比度组织类型，即白质 (WM)、灰质 (GM) 和皮层下区域。接下来，我们使用 WM/GM 接口重建皮质表面，并计算表面上每个顶点的曲率特征。然后将这些曲率特征映射回图像空间，在那里它们与强度特征相结合以训练更精细的皮质分割模型。我们还简化了皮质表面重建和曲率计算的过程，从而提高了框架的整体效率。此外，我们的框架非常灵活，可以将任何神经网络作为其主干。它可以作为即插即用组件来增强任何分割网络的全脑分割结果。在公共 Mindboggle-101 数据集上的实验结果表明，与各种深度学习方法相比，分割性能有所提高，速度相当。
神经影像学
最近的研究表明，个体 alpha 频率 (IAF) 的减慢可以作为疼痛的客观标志。但目前尚不清楚这项研究是否能完全满足 IAF 对疼痛体验的特异性和敏感性的要求。在此，我们试图开发一种可靠的方法来评估健康个体中 alpha 振荡和急性紧张性疼痛之间关系的特异性。我们记录了 36 名志愿者在连续 5 分钟的痛苦热水浸泡、无害温水浸泡和厌恶、无痛的听觉刺激（与疼痛情况的不愉快程度相匹配）中的脑电图 (EEG)。参与者在每种情况下都对刺激的不愉快程度进行评分。我们在参与者的头皮中分离出两个显示峰值 alpha 活动的区域：中央顶叶 (CP) 和顶枕叶 (PO) ROI。与之前的研究一致，我们的研究结果显示，与温暖刺激相比，热刺激期间 IAF 减少，但这种影响并不特定于疼痛，因为我们发现 CP ROI 中的热和声音之间没有差异（与基线相比）。相反，PO ROI 报告了相同的差异模式，但它们的方向与 CP 相反，因为该 ROI 在热条件下显示的频率比对照组更快。最后，我们表明两个 ROI 中的 IAF 并没有介导实验操作和情感体验之间的关系。总之，这些发现强调了强有力的方法和分析设计的重要性，以揭示 alpha 振荡在情感处理过程中的功能作用。同样，它们表明 IAF 在健康个体产生急性疼痛体验方面没有因果作用。
![arXiv:2009.11166v1 [eess.IV] 2020 年 9 月 23 日](/simg/5\54a9dcebb1d830a49f0331e4afdb5e9145cdce8d.webp)
arXiv:2009.11166v1 [eess.IV] 2020 年 9 月 23 日
摘要。预见到大脑进化是一个复杂的高度互联的系统，广泛地以图形建模，对于映射健康和疾病中不同解剖感兴趣区域 (ROI) 之间的动态相互作用至关重要。有趣的是，脑图进化模型在文献中几乎没有。在这里，我们设计了一个对抗性大脑网络规范化器，将每个大脑网络表示为固定中心的群体驱动连接模板的变换。这种相对于固定参考的图形规范化为在基线时间点可靠地识别与测试样本最相似的训练样本（即大脑图）铺平了道路。然后，测试进化轨迹将由选定的训练图及其相应的进化轨迹跨越。我们的预测框架基于几何深度学习，它可以自然地在图上运行并很好地保留其拓扑属性。具体来说，我们提出了第一个基于图的生成对抗网络（gGAN），它不仅学习如何根据固定的连接大脑模板（CBT）（即，有选择地捕获大脑群体中最常见特征的大脑模板）对大脑图进行标准化，而且还学习大脑图的高阶表示，也称为嵌入。我们使用这些嵌入来计算训练和测试对象之间的相似性，这使我们能够在基线时间点选择最接近的训练对象来预测测试大脑图随时间的演变。针对几种比较方法的一系列基准测试表明，我们提出的方法使用单个基线时间点实现了最低的脑疾病演变预测误差。我们的 gGAN 代码可在 http://github.com/basiralab/gGAN 获得。
在...
光刺激（来自数字微型摩尔设备的2-D灯罩用固态CW激光照明）和两个光子成像仅限于不同的光学Z-Planes，可以通过分别翻译扩散器和主要目标来灵活，独立地调整这些光学Z-plan。 （底部）在光刺激和成像期之间交替（滚动）。每个红色条代表一个多光子成像的单一框架。光刺激和成像期交错。（b）显微镜示意图。dm，二分色镜。dmd，数字微型摩尔设备。i，虹膜膜片。L1-L12，镜头。o，主要目标。PMT，光电倍增管。PS，潜望镜。s，快门。SM，扫描镜子。（c）（顶部）使用可移动扩散器将图案化的光刺激和多光子成像平面解）的例证。以4F镜头配置将扩散器成像成样品中；沿光路的扩散器转换会导致相应的投影平面轴向移动。OFP，客观焦平面。 PSP，光刺激平面。 （d）DMD芯片到CCD摄像头到2P显微镜注册。 我们注册了DMD刺激场（DMD像素尺寸= 2.4 µm，样品 1d）至148OFP，客观焦平面。PSP，光刺激平面。（d）DMD芯片到CCD摄像头到2P显微镜注册。我们注册了DMD刺激场（DMD像素尺寸= 2.4 µm，样品1d）至148（i）两个光子显微照片，分别为10 µm荧光微粒；箭头标记了两个微粒，这是较大的DMD调节投影靶模式（8 microbeads）的一部分，它们被视为受托点； （ii）更大的视野（包括目标微头）的广阔场荧光图像（全场照明）； （iii）从2p图像中选择的ROI用于生成DMD-Chip灯罩；这些进一步投影在主要的客观焦平面上，并使用主CCD摄像头（CCD 1）成像； （iv）DMD生成的照片刺激口罩和（II）中10 µm微粒的宽场荧光图像的覆盖层；请注意，荧光仅限于由DMD光刺激掩模靶向的微粒，并具有最小的溢出到相邻（靶）的微粒（请参阅信托标记）。
FedBrain：基于连接组的脑成像分析的图形神经网络的联合培训
神经影像技术的最新进步引发了人们对了解感兴趣的解剖区域（ROI）之间复杂相互作用的越来越兴趣，形成了大脑网络，这些网络在各种临床任务中起着至关重要的作用，例如神经疗法发现和疾病诊断。近年来，图形神经网络（GNN）已成为分析网络数据的强大工具。然而，由于数据获取和监管限制的复杂性，大脑网络研究的规模仍然有限，并且通常仅限于当地机构。这些局限性极大地挑战了GNN Mod-捕获有用的神经电路模式并提供强大的下游性能。作为一个分布式机器学习范式，联邦学习（FL）通过在没有数据共享的情况下启用跨本地机构（即客户）的协作学习，为解决资源限制和隐私问题提供了有希望的解决方案。虽然在最近的FL文献中已经广泛研究了数据性质问题，但跨机构的大脑网络分析提出了独特的数据异质性挑战，也就是说，跨局部神经模仿研究的不一致的ROI ROI分析系统以及不同的预测性神经回路模式。为此，我们提出了FedBrain，这是一个基于GNN的个性化FL框架，考虑了大脑网络数据的独特属性。与现有的FL策略相比，我们的方法表现出了更高和更合适的性能，展示了其在基于跨机构连接的大脑成像分析中的强大潜力和概括性。具体而言，我们提出了一种联合地图集地图映射机制，以克服不同ROI图集系统引起的大脑网络的特征和结构异质性，以及由临床先验知识指导的聚类方法，以解决有关不同患者群体的不同预测性神经电路模式，神经模仿的模态和临床临床胜于现象。该实施可在此处获得。
探索神经性疼痛的慢性脊髓损伤患者的功能连通性，而没有神经性疼痛
摘要绝大多数脊髓损伤（SCI）患者患有慢性疼痛。尽管进行了数十年的研究，但这些神经性疼痛（NP）的疼痛途径尚不清楚。SCI患者已显示出异常的脑痛途径。 我们假设与具有NP的SCI患者相比，SCI NP患者的疼痛矩阵改变了。 本研究与轻度NO NP的SCI患者相比，SCI患者的SCI患者的功能连通性（FC）。 将这些组与对照对象进行比较。 基于SCI的国际标准神经系统分类的神经性疼痛问卷和神经学评估被用来定义严重性和损伤水平。 在10名SCI患者中，有7名（48.6 - 17.02岁，6名男性和1名女性）表明他们患有NP，3例没有NP（39.33 - 8.08岁，2个男性和1 fe-aby）。 将十名未受伤的神经系统完整的参与者用作对照（24.8 - 4.61岁，5名男性和5位女性）。 fc指标是从我们各个组之间静止状态功能磁共振成像的比较（对照，NP的对照，SCI和无NP的SCI）获得的。 为每次比较，进行了利益区域（ROI）至ROI连接分析，其中包括基于AAL3 Atlas的自定义地图集的总共175个ROI。 分析解释了年龄和性别等协变量。 要纠正多个比较，对p <0.05/nrois的显着性水平进行了严格的Bonferroni校正。 它还强调了疼痛矩阵，涉及 -SCI患者已显示出异常的脑痛途径。我们假设与具有NP的SCI患者相比，SCI NP患者的疼痛矩阵改变了。本研究与轻度NO NP的SCI患者相比，SCI患者的SCI患者的功能连通性（FC）。将这些组与对照对象进行比较。基于SCI的国际标准神经系统分类的神经性疼痛问卷和神经学评估被用来定义严重性和损伤水平。在10名SCI患者中，有7名（48.6 - 17.02岁，6名男性和1名女性）表明他们患有NP，3例没有NP（39.33 - 8.08岁，2个男性和1 fe-aby）。将十名未受伤的神经系统完整的参与者用作对照（24.8 - 4.61岁，5名男性和5位女性）。fc指标是从我们各个组之间静止状态功能磁共振成像的比较（对照，NP的对照，SCI和无NP的SCI）获得的。为每次比较，进行了利益区域（ROI）至ROI连接分析，其中包括基于AAL3 Atlas的自定义地图集的总共175个ROI。分析解释了年龄和性别等协变量。要纠正多个比较，对p <0.05/nrois的显着性水平进行了严格的Bonferroni校正。它还强调了疼痛矩阵，涉及 -当对患有轻度至不疼痛的患者进行中度至重度疼痛的SCI患者时，特定的丘脑核会引起联系。这些核包括：内侧脉冲；外侧脉冲；内侧基因核；侧向核；和中型巨细胞核。在NP SCI后NP的侧向基因核和前腹核之间增加了FC。我们的分析还强调了额叶和颞叶之间的关系。这项研究成功地鉴定了患有NP的SCI患者发生的丘脑神经塑性变化。
NeuroIS Retreat 2023 预印本论文集
会议记录包含在 2023 年 5 月 30 日至 6 月 1 日举行的第 15 届年度 NeuroIS Retreat 上发表的论文。NeuroIS 是信息系统 (IS) 的一个领域，它使用神经科学和神经生理学工具和知识来更好地了解信息和通信技术的发展、采用和影响 (www.neurois.org)。NeuroIS Retreat 是一个领先的学术会议，用于展示 IS 和神经生物学结合点的研究和开发项目。这个年度会议通过主要由学者举办并为学者举办的活动来促进 NeuroIS 领域的发展，尽管工作通常具有专业导向。2009 年，首届 NeuroIS Retreat 在奥地利格蒙登举行。从那时起，NeuroIS 社区稳步发展，随后于 2010 年至 2017 年在格蒙登举办了年度 Retreats。从 2018 年开始，会议将在奥地利维也纳举行。由于新冠疫情，组织者决定在 2020 年和 2021 年以线上方式举办 NeuroIS Retreat。从 2022 年开始，NeuroIS Retreat 将再次以面对面的形式在维也纳举行。NeuroIS Retreat 为学者们提供了一个讨论研究和交流想法的平台。其主要目标是为学者提供反馈意见，以推动他们的研究论文在高质量的期刊上发表。组委会不仅欢迎已完成的研究，也欢迎正在进行的研究。NeuroIS Retreat 以其非正式和建设性的研讨会氛围而闻名。许多 NeuroIS 演讲已发展成为备受推崇的学术期刊上的出版物。今年是我们第九次以编辑卷的形式出版会议记录。共有 32 篇研究论文被接受并发表在本卷中，我们观察到本书中贡献的主题、理论、方法和工具的多样性。 2023 年的主题演讲题为“利用光学脑成像观察日常生活中的“工作中的大脑”：NeuroIS 的挑战和机遇”，由美国德雷塞尔大学副教授 Hasan Ayaz 发表。此外，德国科特布斯勃兰登堡工业大学神经自适应人机交互教授 Thorsten O. Zander 发表了题为“拥抱神经自适应技术：塑造人机交互的未来”的热门话题演讲。总之，我们很高兴看到 NeuroIS 领域的持续进步。此外，我们可以报告，2018 年作为非营利组织成立的 NeuroIS 协会发展良好。我们预见到 NeuroIS 的繁荣发展。 2023 年 5 月 Fred D. Davis René Riedl Jan vom Brocke Pierre-Majorique Léger Adriane B. Randolph Gernot R. Müller-Putz
视觉失认症中形状处理的大规模组织发生改变
那么，一个悬而未决的问题涉及两条通路得出的对象表征之间的关系。一种观点认为，这两条通路得出独立的表征，这种说法可以轻松解释报道的腹侧通路和背侧通路之间的功能分离（即感知与行动）（Goodale、Milner、Jakobson & Carey，1991）。鉴于加工的独立性，一条通路的损伤应该不会影响另一条通路得出的表征。然而，这种独立架构既没有得到功能研究（Freud、Rosenthal、Ganel & Avidan，2015；Garcea、Chen、Vargas、Narayan & Mahon，2018；Mahon、Kumar & Almeida，2013）的支持，也没有得到解剖学研究（Yeatman et al., 2014）的支持，这些研究揭示了两条通路之间存在强大的结构和功能联系。另一种解释是，背侧通路表征（特别是对于没有视觉运动成分的任务）仅仅是腹侧通路计算的结果。这种观点预测腹侧通路的损伤会对背侧通路获得的表征产生不利影响，但反之则不然。最近的研究结果挑战了这种观点，因为背侧通路的形状敏感性可能在时间上先于腹侧通路形状敏感性的出现（Collins et al., 2019）。此外，猴子背侧通路（即尾部顶内沟 (CIP)）的暂时失活会导致腹侧通路的 fMRI 激活降低，并导致 3D 感知的知觉缺陷（Van Dromme、Premereur、Verhoef、Vanduffel & Janssen, 2016）。最后，第三个可能的观点表明两条通路都获得物体表征。这些表征可能相同，也可能不相同，如果是后者，则可能编码有关物体的不同信息，而这些信息可能服务于不同的功能目标 (Freud, Behrmann, & Snow, 2020)。然而，无论哪种情况，这两条通路都是相互作用的，因此，任何一条通路的损伤都会影响另一条通路得到的表征。在之前的论文中，我们还研究了背侧通路和腹侧通路之间的相互状态，并证明，在腹侧通路受损后患有视觉失认症的患者中，背侧通路仍然对物体的 3D 结构表现出敏感性，即使在双侧腹侧病变非常广泛的情况下也是如此 (Freud, Ganel, et al., 2017)。这一发现可以被视为对第一个解释，即独立物体表征的支持。然而，值得注意的是，这项研究只关注一个高级视觉属性，那就是形状（即 3D 结构）。此外，fMRI 分析只关注背侧通路上的两个 ROI，因此，目前尚不清楚背侧通路上的其他区域是否以及在多大程度上会受到腹侧通路损伤的影响。在本研究中，我们试图对右腹侧通路损伤后患有视觉失认症 SM 的患者的两条视觉通路进行全面检查。通过采用参数置乱操作（Collins 等人，2019 年；Freud、Culham 等人，2017 年；Freud、Plaut 和 Behrmann，2019 年；Grill-Spector 等人，1998 年；Lerner、Hendler、Ben-Bashat、Harel 和 Malach，2001 年；
病例报告：IgG4 相关疾病的心脏变化双能量计算机断层扫描
患者为一名 63 岁男性，因腹痛入院。实验室检查显示 IgG4（19.3 g/L）升高，接近正常上限的 8 倍。腹部 CT 显示胰腺肿块及腹主动脉及胆道系统周围软组织病变。在完成一系列检查和多学科讨论后，根据 2019 年 ACR/EULAR IgG4-RD 分类标准 ( 2 ) 的纳入标准，患者累计评分为 38 分，诊断为 IgG4-RD。患者既往史包括高血压、II 型糖尿病、冠状动脉疾病伴稳定型心绞痛以及因创伤行脾切除术。通过 DECT（SOMATOM Drive，西门子医疗，德国福希海姆）和 Syngo 进行冠状动脉计算机断层扫描血管造影 (CCTA)。在工作站上，在专业工程师的指导下使用“CT冠状动脉”“CT双能量”和“CT心脏功能”工具进行测量，手动绘制圆形感兴趣区域（ROI），确保基于多平面三维重建的ROI位于病变中心，观察者内和观察者间组内相关效率（ICC）分别为0.90和0.96。基于深度学习的冠状动脉CT血管造影（FFR CT）血流储备分数测量由科亚医疗独立核心实验室进行（ 3 ）。CCTA显示多条冠状动脉中度至重度狭窄病变（图1B~D）；左前降支 (LAD) 病变最严重，狭窄程度为 75%–99%，对角支狭窄程度为 90%，左回旋支 (LCX) 狭窄程度为 75%–90%，右冠状动脉 (RCA) 狭窄程度为 50%–90%，这些病变均经侵入性冠状动脉造影 (ICA) 证实（图 1F–H）。有趣的是，该患者的三支血管周围既有非钙化斑块，也有大量肿瘤样病变（图 1A）。后者病变可能是由 IgG4-RD 引起的，但在 ICA 期间被忽视了。众所周知，IgG4-RD 引起的动脉周围炎主要影响外膜，而内膜和中层受累较少（1）。但非钙化斑块主要位于管腔内，因为它最初发生在冠状动脉内膜。近端LAD内的斑块与冠状动脉周围的IgG4相关浸润更容易区分；因此我们选择该区域来测量两个病变（图1I）。近端LAD内的肿瘤样病变在平扫图像（管电压100keV）中的平均CT衰减值为38HU，与位于同一张CT轴位图像上的纤维脂肪斑块（45HU）相同。在延迟增强阶段，非钙化斑块的平均CT衰减为64HU，而肿瘤样病变为100HU。结合它们的增强特征，进一步可确定非钙化斑块及IgG4相关浸润物。首先，比较LAD不同病变的碘密度。动脉期肿瘤样病变比非钙化斑块摄取更多的碘，且差距随时间延长而扩大（图1I、N）。绝对碘和标准化碘
通过纵向锰增强 MRI 观察清醒小鼠急性恐惧后全脑活动的演变
一小部分易受焦虑影响的个体在一次暴露后就会产生危及生命的恐惧，这种恐惧可能会持续一生。然而，我们既不知道整个大脑对先天急性恐惧的反应，也不知道大脑活动如何随时间演变。持续的神经元活动可能是持续恐惧反应发展的一个因素。我们结合了两种实验方案来激发急性恐惧，从而导致长期恐惧：捕食者应激 (PS)，一种在啮齿动物中诱发恐惧的自然方法；以及血清素转运蛋白敲除小鼠 (SERT-KO)，该小鼠对 PS 的反应是持续的防御行为。在野生型 (WT) 和 SERT-KO 小鼠中，在 PS 之前、期间以及 PS 之后的短时间和长时间内监测行为。两种基因型都对 PS 做出了防御行为反应。SERT-KO 保持防御行为 23 天，而 WT 小鼠在 9 天内恢复到基线探索行为。因此，在 PS 后 9 天，WT 和 SERT-KO 之间的神经活动差异确定了小鼠持续防御行为的神经相关性。我们采用了纵向锰增强磁共振成像 (MEMRI) 来识别与不同行为相关的全脑神经活动。Mn 2 + 在清醒、行为正常的小鼠中积累，并进行回顾性成像。纵向跟踪相同的两组小鼠，WT 和 SERT-KO，可以通过统计参数映射 (SPM) 对全脑活动进行无偏定量比较。在 WT 的自然行为过程中，仅检测到低水平的活动诱导 Mn 2 + 积累，而在 WT 和 SERT-KO 中，PS 之后立即出现了更多的积累，并在 9 天时演变为一种新的活动模式（p < 0.0001，未校正，T = 5.4）。不同基因型的积累模式不同，SERT-KO 涉及的大脑区域更多，区域内体积也更大。使用我们基于活体小鼠锰增强 MR 图像的 InVivo Atlas 进行的新计算分割分析揭示了每个节段内显著增强体素体积的动态变化，这些体素在 87 个分割区域中的 45 个中因基因型而异。在 PS 后第 9 天，两种基因型的纹状体和腹侧苍白球都活跃，但在 SERT-KO 中更为活跃。SERT-KO 还显示恐惧后和第 9 天之间八个节段的 Mn 2+ 积累量持续或增加，而 WT 中的活动减少或沉默。在成像会话结束时固定的同一只小鼠的大脑的 C-fos 染色（另一种神经活动标记）证实 MEMRI 检测到了活跃的神经元。12 个感兴趣区域 (ROI) 的强度测量支持 SPM 结果。通过 SPM 和 ROI 测量进行的组间比较确定了不同时间点和基因型的特定区域。我们报告了单次急性恐惧暴露后的全脑活动，并且首次报告了在易受持续恐惧影响的个体中，其活动模式会随着时间的推移而演变。我们的研究结果显示，SERT-KO 中多个区域的神经活动发生了动态变化，并且各部分之间的活动平衡被打乱。因此，纵向 MEMRI 是一种强有力的方法，可以发现大脑范围内的活动如何从自然状态演变而来，无论是在经历之后还是在疾病过程中。