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基于主题无关变压器的神经语音解码，从表面和深度电极信号进行解码
摘要。目的：本研究探讨颅内电极捕获的神经信号的语音解码。大多数先前的研究只能使用 2D 网格上的电极（即脑皮层电图或 ECoG 阵列）和来自单个患者的数据。我们的目标是设计一个深度学习模型架构，可以同时适应表面（ECoG）和深度（立体定向 EEG 或 sEEG）电极。该架构应允许使用来自多个参与者的数据进行训练，这些参与者的电极位置变化很大，并且训练后的模型应该在训练期间未见过的参与者身上表现良好。方法：我们提出了一种名为 SwinTW 的新型基于变压器的模型架构，该架构可以与任意定位的电极一起工作，通过利用它们在皮层上的 3D 位置而不是它们在 2D 网格上的位置。我们使用来自单个参与者的数据训练特定于主题的模型，以及利用来自多个参与者的数据的多患者模型。主要结果：仅使用低密度 8x8 ECoG 数据的受试者特定模型在 N=43 名参与者中实现了高解码皮尔逊相关系数与地面实况频谱图 (PCC=0.817)，优于我们之前的卷积 ResNet 模型和 3D Swin Transformer 模型。在每个参与者 (N=39) 中加入额外的条带、深度和网格电极可带来进一步的改进 (PCC=0.838)。对于只有 sEEG 电极的参与者 (N=9)，受试者特定模型仍然具有可比的性能，平均 PCC=0.798。多受试者模型在看不见的参与者身上实现了高性能，在留一交叉验证中平均 PCC=0.765。意义：提出的 SwinTW 解码器使未来的语音神经假体能够利用任何对特定参与者来说临床上最佳或可行的电极位置，包括仅使用更常规的深度电极
基于主题无关变压器的神经语音解码，从表面和深度电极信号进行解码
摘要。目的：本研究探讨颅内电极捕获的神经信号的语音解码。大多数先前的研究只能处理 2D 网格上的电极（即脑皮层电图或 ECoG 阵列）和来自单个患者的数据。我们的目标是设计一个深度学习模型架构，可以同时适应表面（ECoG）和深度（立体定向 EEG 或 sEEG）电极。该架构应允许使用来自多个参与者的数据进行训练，这些参与者的电极位置变化很大，并且训练后的模型应该在训练期间未见过的参与者身上表现良好。方法：我们提出了一种名为 SwinTW 的新型基于变压器的模型架构，该架构可以利用任意位置的电极在皮层上的 3D 位置而不是它们在 2D 网格上的位置来处理它们。我们使用来自单个参与者的数据训练特定于主题的模型，并利用来自多个参与者的数据训练多患者模型。主要结果：仅使用低密度 8x8 ECoG 数据的受试者特定模型在 N=43 名参与者中实现了高解码皮尔逊相关系数与地面实况频谱图 (PCC=0.817)，优于我们之前的卷积 ResNet 模型和 3D Swin Transformer 模型。在每个参与者 (N=39) 中加入额外的条带、深度和网格电极可带来进一步的改进 (PCC=0.838)。对于只有 sEEG 电极的参与者 (N=9)，受试者特定模型仍然具有可比的性能，平均 PCC=0.798。多受试者模型在看不见的参与者身上实现了高性能，在留一交叉验证中平均 PCC=0.765。意义：提出的 SwinTW 解码器使未来的语音神经假体能够利用任何对特定参与者来说临床上最佳或可行的电极位置，包括仅使用更常规的深度电极
苯二氮卓类药物对深部脑活动有何影响......
方法：在丘脑腹侧口前/后 (VoaVop)、腹侧中间 (VIM) 和腹侧前 (VA) 亚核以及苍白球内核 (GPi) 和丘脑底核 (STN) 进行 DBS 记录。进行诱发电位 (EP) 和频域分析以确定与对照条件 (非 BDZ) 相比 BDZ 对神经活动的影响。研究招募了三名接受 BDZ 治疗并接受深部电极评估以进行临床靶向治疗的肌张力障碍男性儿科患者。以 25 和 55 Hz 频率施加刺激，并通过一对外部立体脑电图 (sEEG) 电极同时收集记录。在基线和临床施用 BDZ 后比较 EP 幅度和刺激对活动频谱的影响。
脑机接口标准化与应用...
ADHD 成人注意力缺陷多动障碍 ASD 自闭症谱系障碍 BCI 脑机接口 CBT 认知行为疗法 CNV 偶然负变异 DOC 意识障碍 ECoG 皮层脑电图 EEG 脑电图 ERD 事件相关去同步 ERP 事件相关电位 fMRI 功能性磁共振成像 fNIRS 功能性近红外光谱 ICT 信息和通信技术 LFP 局部场电位 MEG 脑磁图 MDD 重度抑郁症 MCS 微意识状态 MI 运动意象 PTSD 创伤后应激障碍 rTMS 重复经颅磁刺激 SMR 感觉运动节律 SSSEP 稳态体感诱发电位 SSVEP 稳态视觉诱发电位 sEEG 立体脑电图 tACS经颅交流电刺激 tFUS 经颅聚焦超声刺激 UWS 无反应觉醒综合症 XR 扩展现实
在言语生成过程中利用脑电图进行超声舌像预测
之前已经开展了初步研究，提出了使用脑信号（例如非侵入性EEG和侵入性sEEG / ECoG）的基于语音的BCI，但缺乏综合方法来研究非侵入性大脑，发音和语音信号，并分析大脑中的认知过程，发音运动的运动学和由此产生的语音信号。在本文中，我们描述了我们的多模态（脑电图，超声舌成像和语音）分析和合成实验，作为可行性研究。我们扩展了使用基于超声的发音数据对语音生成过程中记录的脑信号的分析。从用EEG测量的脑信号中，我们使用完全连接的深度神经网络预测舌头的超声图像。结果表明，EEG和超声舌头图像之间存在微弱但明显的关系，即网络可以区分发音语音和中性舌头位置。索引词：超声，EEG，脑机接口
立体定向神经外科微型机器人引导装置的开发
目的立体定向引导系统始终保持高精度且使用简单，对于精确的立体定向定位和缩短手术时间至关重要。尽管机器人引导系统被广泛应用，但目前可用的系统还不能完全满足结合无框架手术和机器人技术优势的立体定向引导系统的要求。作者开发并优化了一种小型但高精度的引导系统，该系统的设计使其可以无缝集成到现有的手术室 (OR) 设置中。本临床研究旨在概述这种微型机器人引导系统的开发并介绍作者的临床经验。方法在对机器人立体定向引导系统进行广泛的临床前测试后，对机器人固定、软件可用性、导航集成和末端执行器应用进行了调整。随后，在 2013 年至 2019 年期间的 150 名患者的临床系列中推进了机器人系统的开发，包括 111 次针吸活检、13 次导管置入和 26 次立体脑电图 (SEEG) 电极置入。在临床试验期间，不断进行修改以满足每种适应症的设置要求、技术规格和工作流程。对于每种应用，都会评估特定的设置、工作流程和平均手术准确度。结果在 150 例病例中，149 例可应用微型机器人系统。每个手术中的设置都成功实施，而不会增加大量的手术时间。工作流程无缝集成到现有手术中。在研究过程中，手术准确性得到了提高。对于活检手术，真实目标误差 (RTE) 从平均 1.8 ± 1.03 毫米减少至入口处的 1.6 ± 0.82 毫米 (p = 0.05)，从 1.7 ± 1.12 毫米减少至目标处的 1.6 ± 0.72 毫米 (p = 0.04)。对于 SEEG 手术，RTE 从手术前半部分的平均 1.43 ± 0.78 毫米减少至后半部分入口处的 1.12 ± 0.52 毫米 (p = 0.002)，从 1.82 ± 1.13 毫米减少至目标处的 1.57 ± 0.98 毫米 (p = 0.069)。所有病例均未观察到愈合并发症或感染。结论 微型机器人引导装置已成功应用于 149 例立体定向手术，证明了其多功能性和无缝集成到现有工作流程的能力。根据这些数据，机器人可以显著提高准确性，而无需增加时间支出。
从一小组空间
结果：在对第一位患者进行分类时，我们仅使用单个微创 sEEG 电极记录的 6 个通道数据就实现了平均 58% 的准确率，而在对第二位患者进行分类时仅使用单个 ECoG 条带记录的 8 个通道数据就实现了 72% 的准确率。我们的紧凑型架构不需要使用预先设计的特征，学习速度很快，并且可以在与用于训练的时间间隔不同的连续数据集上成功运行稳定、可解释且具有生理意义的决策规则。关键神经元群的空间特征与主动和被动语音映射结果相吻合，并表现出神经活动的逆空间频率关系特征。与其他架构相比，我们的紧凑解决方案的性能与最近在神经语音解码文献中介绍的解决方案相当或更好。 20 结论：我们展示了使用少量 21 个电极并基于从少量 22 训练数据中得出的紧凑型无特征工程解码器构建语音假体的可能性。23
根据脑信号预测语音发音运动——初步结果
摘要 增强和替代通信技术（例如脑机接口，BCI）可以直接读取脑信号来替代失去的语言能力。国际上已开展了初步研究以开发脑信号（例如EEG、sEEG、ECoG）和基于语音的BCI，然而，缺乏将非侵入性EEG、发音和语音信号一起检查并分析大脑中的规划过程、发音运动和产生的语音信号之间的相互作用的组合方法。通过本研究中提出的多模式（脑电图、舌头超声和语音）分析和综合，我们超越了最现代的国际趋势。我们将利用基于舌头超声的发音数据来扩展对言语过程中脑信号的分析，以提供更多可比较的生物信号。我们使用深度神经网络根据脑电图测量的脑信号来预测有关发音运动（舌头超声图像）的信息。根据结果，可以证明脑电图和舌超声之间的关系。这项研究的长期目标是为基于语音的脑机接口做出贡献：其结果可能被应用于例如：作为言语障碍者的交流辅助工具。关键词：语音技术、超声波、脑电图、深度学习
神经技术在刑法中的应用机遇与风险
ACC 前扣带皮层 aDBS 自适应深部脑刺激 ALS 肌萎缩侧索硬化症 BCI 脑机接口 CT 计算机断层扫描 DBS 深部脑刺激 DTI 扩散张量成像 EcoG 皮层脑电图 ECT 电休克疗法 EEG 脑电图 ECtHR 欧洲人权法院 ECHR 欧洲人权公约 fMRI 功能性磁共振成像 fNIRS 功能性近红外光谱 fTDC 功能性经颅多普勒 fUSI 聚焦超声成像 GVM 行为和自由限制措施 ISD 惯犯机构 MEG 脑磁图 MRI 磁共振成像 MRS 磁共振波谱 MS 多发性硬化症 PET 正电子发射断层扫描 sEEG 立体定向脑电图 SPECT 单正电子发射计算机断层扫描 Sr 荷兰刑法典 Sv 荷兰刑事诉讼法典 TBS 置于机构支配下 tDCS 经颅直流电刺激TMS经颅磁刺激TRL技术成熟度TFUS经颅聚焦超声刺激WODC科学研究与文献中心
DISC 电极阵列
标题：使用定向和可扩展深度阵列感测局部场电位：DISC 电极阵列 作者：Amada M. Abrego 1 †、Wasif Khan 1 †、Christopher E. Wright 1,2、M. Rabiul Islam 1、Mohammad H. Ghajar 1、Xiaokang Bai 1、Nitin Tandon 1、John P. Seymour 1,3 * 附属机构：1 德克萨斯大学健康科学中心神经外科系，美国德克萨斯州休斯顿 77030 2 莱斯大学生物工程系，美国德克萨斯州休斯顿 77030 3 莱斯大学电气和计算机工程系，美国德克萨斯州休斯顿 77030 † 共同第一作者 *通信：John Seymour ( john.p.seymour@uth.tmc.edu ) 摘要 各种电生理学工具可供神经外科医生用于诊断、功能治疗和神经修复。然而，目前没有任何工具可以满足这三个关键需求：（i）以微创方式访问所有皮质区域；（ii）同时以微观、中观和宏观分辨率进行记录；（iii）访问构成分布式认知网络的空间上相距较远的多个大脑区域。我们提出了一种用于记录局部场电位 (LFP) 的新型设备，该设备具有立体脑电图电极的形式，但结合了径向定位的微电极，并使用导线体屏蔽 LFP 源，从而实现方向灵敏度和可扩展性，称为 DISC 阵列。正如我们的电准静态模型所预测的那样，DISC 在胡须刺激期间从大鼠桶状皮质记录中显示出显着改善的信噪比、方向灵敏度和解码精度。至关重要的是，DISC 在宏观尺度上表现出与传统电极相当的保真度，并且独特地揭示了有关电流源密度的立体信息。 LFP 的方向敏感性可能显著改善脑机接口和许多诊断程序，包括癫痫病灶检测和深部脑定位。1. 简介当记录神经活动时，需要什么样的空间分辨率来阐明疾病的病因或诊断？什么样的时间尺度最有助于理解给定回路的神经生物学？尺度问题是一个持续的挑战，我们对更多数据的热情与安全性和记录技术的缺点等实际问题相平衡。非侵入性场电位（脑电图 (EEG) 和脑磁图 (MEG)）用于测量大脑内的电活动，但其空间精度有限，并且需要数百万个神经元的活动。当需要更高的空间分辨率时，使用硬膜下表面电极（称为皮层电图 (ECoG) 的场电位）和/或深部电极代替 EEG/MEG1 。最近，对患有难治性癫痫和可能局灶性癫痫的患者进行记录以定位致癫痫区已变得很普遍。这些程序曾经基于表面阵列（即 ECoG），但目前已基本被立体脑电图 (sEEG) 2 所取代。sEEG 是深度阵列的一种特定形式