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通过优化的深度学习模型从感觉运动大脑活动直接重建语音 Berezutskaya, Y.; Freudenburg, ZV; Vansteensel, M.
摘要 目的：脑机接口 (BCI) 技术的发展是帮助因严重运动瘫痪而失去说话能力的人实现交流的关键。一种越来越受关注的 BCI 控制策略采用从神经数据进行语音解码。最近的研究表明，直接神经记录和高级计算模型的结合可以提供有希望的结果。了解哪些解码策略可以提供最佳和直接适用的结果对于推动该领域的发展至关重要。方法：在本文中，我们优化并验证了一种解码方法，该方法基于语音重建，该语音重建直接从语音生成任务期间来自感觉运动皮层的高密度皮层脑电图记录中进行。主要结果：我们表明 (1) 专用的机器学习优化重建模型是实现最佳重建性能的关键；(2) 重建语音中的单个单词解码准确率达到 92%-100%（偶然水平为 8%）；(3) 从感觉运动大脑活动直接重建可以产生可理解的语音。意义。这些结果强调了模型优化以实现最佳语音解码结果的必要性，并强调了基于感觉运动皮层重建的语音解码为开发下一代 BCI 通信技术所提供的潜力。
感觉运动网络内的早期结构连通性
由分布式和相互连接的结构组成，这些结构通过皮质皮质连接和皮质增生环路相互作用，感觉运动（SM）网络在围产期内经历快速成熟，因此特别容易容易体现早产。然而，早产对新兴SM连接的发展和完整性的影响及其与后来的运动和全球障碍的关系仍然很少了解。在这项研究中，我们旨在探索在期限年龄（TEA）时SM白质（WM）连接的早期微观结构成熟的程度受早产调节，并且与18个月校正年龄的神经发育结果有关。我们分析了从发展中的人类连接项目（DHCP）数据库中的118个扩散MRI数据集：59个早产（PT）低风险婴儿在TEA附近扫描的茶和对照组的成年（MRI和性别年龄）配对的对照组（FT）新生儿。我们使用概率拖拉机划定了主要的SM皮质（S1，M1和中心区域）和皮层下结构之间的WM连接，并使用扩散张量成像（DTI）和Neurite方向分散分散和密度成像（NODDI）模型评估了它们的微观结构。为了超越特定的单变量分析，我们根据每个PT婴儿相对于FT组的多参数Mahalanobis距离计算了与早产相关的成熟距离。我们的结果证实了PT和FT婴儿之间SM段的微观结构差异，其影响随着出生时胎龄较低而增加。成熟距离分析强调，早产性对较高距离的SM段具有差异作用，因此对（i）皮质皮质的影响比皮质 - 皮层的连接有影响。 （ii）涉及S1的投影比M1和中心区域； （iii）最胸部皮质皮质块，涉及凸出核。茶时的这些不同的变化表明脆弱性遵循特定的模式与已建立的
一种介导氯氮平增强感觉运动门控
非典型抗精神病药氯氮平的靶向多巴胺能途径和影响预脉冲抑制（PPI）以外的多个受体系统，这是一种对感觉运动门控的关键翻译度量。由于PPI是由异型抗精神病药（例如利培酮和氯氮平）调节的，因此我们假设P11（一种与焦虑和抑郁样行为以及G蛋白偶联受体功能相关的衔接蛋白 - 可能会调节这些效果。在这项研究中，我们通过测试野生型和全球P11敲除（KO）小鼠在氯吡啶酚，利培酮和氯氮平来评估了P11在氯氮平增强效应中的作用。我们还进行了结构和功能性脑成像。与我们期望类似焦虑的P11-KO小鼠会表现出增强的惊吓反应和对氯氮平的敏感性的增强，PPI测试表明，P11-KO小鼠对瑞治酮和氯氮平的PPI增强作用没有反应。成像揭示了P11-KO小鼠中不同的区域脑体积差异和降低的海马连通性，其氯氮平诱导的明显钝化的CA1区域变化。我们的发现突出了P11在调节氯氮平对感觉运动门控和海马连接性的影响中的新作用，从而为其功能途径提供了新的见解。
社会同步行为中主观经验的感觉运动基础
。cc-by-nc-nd 4.0国际许可证（未经同行评审证明）获得的是作者/资助者，他授予Biorxiv授予Biorxiv的许可，以永久显示预印本。这是此预印本版本的版权持有人，该版本发布于2025年2月10日。 https://doi.org/10.1101/2025.02.09.637302 doi：Biorxiv Preprint
使用脑电图进行脑机接口手假肢感觉运动控制的运动预测
摘要 在本研究中，我们介绍了一种市售肌电假肢（Myobock ©，奥托博克）的改进版本，旨在为该设备提供基于脑机接口 BMI 的感觉运动控制。新系统使用用户的脑电图 (EEG) 信号以及手镯产生的振动作为输入，手镯包含振动马达，其频率与安装在假指尖的力敏电阻 (FSR) 测量的力成正比。在对七名健全人和四名截肢受试者进行实验期间，三种不同特征提取方法 (CSP、WD、GSO) 的四种组合已用于构建由两种具有不同电极数量的不同记录系统收集的 EEG 信号的特征向量。然后测试了三种机器学习算法（人工神经网络、具有线性和径向基函数核的支持向量机）的分类/预测性能。报告的结果为使用无线 BMI 来控制肌电假肢的主要运动类型提供了概念证明，即使用电极较少的 EEG 系统而不是研究级系统。
涉及感觉运动控制的多任务处理过程中的错误相关电位：脑机接口的 ERP 和离线解码研究
人类通过感知和应对错误来实现高效的行为。错误相关电位 (ErrP) 是在感知错误时发生的电生理反应。有人提出利用 ErrP 来提高脑机接口 (BCI) 的准确性，利用大脑的自然错误检测过程来提高系统性能。然而，外部和环境因素对 ErrP 可检测性的影响仍然不太清楚，特别是在涉及 BCI 操作和感觉运动控制的多任务场景中。在此，我们假设感觉运动控制的困难会导致多任务处理中的神经资源分散，从而导致 ErrP 特征的减少。为了检验这一点，我们进行了一项实验，其中指示参与者将球保持在板上的指定区域内，同时尝试通过运动想象控制显示屏上的光标。BCI 以 30% 的随机概率提供错误反馈。根据感觉运动控制的难度，我们采用了三种场景——无球（单任务）、轻量球（简单任务）和重量球（困难任务）——来描述 ErrP。此外，为了研究多任务对 ErrP-BCI 性能的影响，我们离线分析了单次试验分类准确度。与我们的假设相反，改变感觉运动控制的难度不会导致 ErrP 特征发生显著变化。然而，多任务会显著影响 ErrP 分类准确度。事后分析显示，在单任务 ErrP 上训练的分类器在困难任务场景下准确度降低。据我们所知，这项研究是首次在离线框架内研究在涉及感觉运动控制和 BCI 操作的多任务环境中 ErrP 是如何被调节的。尽管 ErrP 特征保持不变，但观察到的准确度变化表明，在实现基于 ErrP 的实时 BCI 之前，需要设计考虑任务负荷的分类器。
毫秒尺度的电动机编码先于鸣禽中的感觉运动学习
摘要在年轻动物中神经系统的关键目标是学习运动技能。Songbirds 11学会唱歌为少年，提供了一个独特的机会来识别技能12获取的神经相关性。先前的研究表明，在歌曲获取过程中，声带皮层的尖峰速率可变性大大降低了13个，这表明从基于速率的神经控制到14的过渡到14毫秒至少的运动代码，已知是成人人声表现的已知。通过15区分尖峰模式的合奏是如何通过皮质神经元（“神经16词汇”）和尖峰模式与歌曲声学（“神经代码”）之间的关系17在歌曲获取过程中的变化，我们量化了18个少年bengence bengengale bengengale bengengale bengengalesection of to song ockisition。我们发现，尽管率变异性的预计会下降（峰值词汇的19个学习相关变化），但最年轻的20名歌手中神经代码的精度与成年人相同，峰值正时的1-2毫秒变化转移到21个量子上，差异很大。相比之下，较长的时间标准的爆发率失败了22，会影响少年动物和成年动物的运动输出。在变化的尖峰速率和行为可变性水平上，始终存在23毫秒的电动机编码24表明，与学习相关的皮质活动的变化反映了大脑更改其尖峰25词汇以更好地匹配潜在的运动代码，而不是在26代码本身的准确性中匹配基础运动代码。27
神经肌肉骨骼建模揭示了感觉运动皮层自适应学习的肌肉水平神经动力学
大脑的神经活动与身体的动力学密切相关。然而，我们的分层传感器系统如何动态地编排身体运动的产生，同时适应传入的感觉信息尚不清楚（1-4）。在小鼠中，整个电动机（M1）和一级感觉前肢（S1）皮质的编码程度以及在学习过程中如何形状的肌肉水平特征是未知的。为了解决这个问题，我们建立了一种新型的50肌肉模型，用于在物理模拟环境中研究运动控制和学习。我们表明，我们可以通过求解逆动力学并得出驱动相同动作的感觉运动控制模型来模仿在操纵杆任务中收集的3D四肢运动学。使用来自我们模型的内部计算，我们发现第2/3 M1和S1神经元的种群编码高级位置，以及下层的肌肉空间和前视性动力学。在自适应学习过程中，这些功能上不同的神经元映射到特定的计算基序。引人注目的是，S1神经元更突出地编码感觉运动预测错误。此外，我们发现在本课内学习期间，神经潜在动态在S1和M1中有所改变。一起，我们的结果提供了一个新的模型，讲述了皮质中神经动力学如何实现自适应学习。
基于学生的感觉运动反应分析Ivan Bocharin 1，Maxim Guryanov
Original Article Individualization of martial arts training based on sensorimotor reaction analysis in students IVAN BOCHARIN 1 , MAXIM GURYANOV 2 , ANTON VOROZHEIKIN 3 , VIKTOR KRAYNIK 4 , ELENA ROMANOVA 5 , LARISA RYZHKOVA 6 , ALEXANDER BOLOTIN 7 , ATANAS SARANDEV 8 , NINA ARNST 9 , IVAN DAVIDENKO 10 , MAXIM Anisimov 11，Pavel Tyupa 12，Andrey Kovalchuk 13 1，2 Priverolzhsky Research医科大学，Nizhny Novgorod，俄罗斯，俄罗斯3 Kaliningrad研究所，俄罗斯Kaliningrad，俄罗斯4 Altai State Pagogigical University，Barnaul，Barnaul，Barnaul，Barnaul，Barnaul，Barnaul，俄罗斯5 Altai State，5 Altai State，Russia，Russiia，Moscia presia presia presia presia sport'ussia sport'ussia sport'russiia大圣彼得堡理工大学，俄罗斯圣彼得堡8医科大学 - 索非亚，索非亚，保加利亚9 Reshetnev西伯利亚州科学技术大学，克拉斯诺亚尔斯克，俄罗斯，俄罗斯10,11圣彼得堡州立农业大学，俄罗斯圣彼得斯堡，俄罗斯圣彼得斯，俄罗斯12号Immanuel Kant kant baltic University，俄罗斯，Kalinia，Kalinia，Kalinia，Kalining，Yugra，13岁，俄罗斯的Khanty-Mansiysk，在线发布：2024年6月30日，接受出版：2024年6月15日doi：10.7752/jpes.2024.06155摘要：神经过程的移动性和不稳定性，以及通过Reflex Arcs的激发式传播的速度来确定各个人的效力，并确定了一个人的有效性。这项研究的目的是对武术中从事不同形式的体育活动的学生运动员之间对物体进行复杂的视觉 - 运动反应进行比较分析，以实现个性化教育和培训课程。研究使用了对移动物体的反应方法。结论。材料和方法：五十七名男学生参加了实验，其中包括32名没有特定运动训练的32名，在Sambo和Aikido类别中具有25种体育经验。使用的设备是带有集成的“心理生理学”软件的“ TVE”视觉运动反应控制台。评估了准确，高级和延迟反应的数量，平均反应时间以及神经过程的平衡。结果：具有运动经验的学生显示了中枢神经系统的功能更稳定，以及神经过程的移动性和不稳定性，这通过研究指标的可靠值证实。在测试过程中，学生运动员表现出精确反应的占主导地位，激发和抑制作用的变化更加稳定。与未经训练小组的学生相比，他们沿着反射弧的激发速度更高。没有运动经验的学生之间的聚类分析结果表明神经过程的不稳定性，而兴奋或抑制过程占主导地位。在学生运动员组中，神经过程更加平衡，这可能会对运动结果产生积极影响。关键词：体育，武术，视觉运动反应，体育训练在体育和运动实践中，人类中枢神经系统生理状态的关键信息预测之一是视觉运动的反应。这决定了训练过程的个性化方法的重要性（Romanova等，2023； Wang等，2023）。可用于确定脑皮质中激发和抑制的特征，以及沿反射弧的神经信号的速度（Van Biesen等，2018； Trecroci等，2021;Hülsdünker，＆Mierau，＆Mierau，2021）。研究感觉运动反应的速度和准确性对于确定中枢神经系统功能状态的心理生理特征和参数至关重要。已经确定，身体的这种生理功能是影响运动训练质量的主要特征之一（Hunzinger等，2020）。对移动对象的视觉运动响应是预见教育，培训和竞争活动中事件过程的研究过程中最著名的。实现武术的运动结果（伊斯兰等，2020； Korobeynikov等，2020； Vorozheikin等，2020）。
一种用于胎儿和新生儿感知和感觉运动发展
体现的方法认为，与环境的相互作用在大脑发育中起着至关重要的作用，并且运动产生的感觉效应的存在是基本的。胎儿的运动最初是随机的。然后，运动的重复执行在IT与其感觉效应之间建立了联系，从而选择了产生预期感觉的运动。在胎儿寿命中，大脑从临时胎儿回路发展到永久性皮质回路，该回路完成了出生后的发育。因此，此过程必须涉及胎儿与宫内环境以及新生儿与新的空中环境的相互作用，该环境提供了新的感觉刺激。本综述的目的是通过从功能性的角度描述胎儿和新生儿的运动能力之间的关系以及与子宫中对象的相互作用的增强相互作用的日益复杂性，从而为能够阐明脑发育过程的神经科学研究提供建议。