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视觉特征前额编码的个体差异
摘要：外侧前额叶皮层 (LPFC) 通常与高级认知有关，例如注意力、语言和认知控制。然而，最近的研究表明，它对于包括物体识别在内的基本感知功能也至关重要。在这里，我们用计算模型描述了 LPFC 在视觉处理中的作用。使用 7T 的人类 fMRI 数据数据集，我们建立了编码模型，将从深度神经网络（CLIP [对比语言-图像预训练] 网络的图像编码器）中提取的视觉特征与大脑对数千张自然图像的反应联系起来。在八个受试者中，我们能够稳健地预测 LPFC 斑块中的反应，最明显的是 FEF（额叶眼场）和 vlPFC（腹外侧 PFC）区域。利用这些强大的编码模型，我们随后探索了表征结构并筛选了 LPFC 中具有高预测反应的图像。我们发现 LPFC 的编码方案存在显著的个体差异。相比之下，腹侧视觉流的编码方案在个体之间保持更一致。总体而言，我们的研究证明了 LPFC 在视觉处理中的作用未被充分重视，并表明 LPFC 可能是不同个体体验视觉世界的独特之处的基础。从方法论上讲，这些发现也可能解释了为什么以前的团体研究往往未能观察到 LPFC 中强大的视觉功能，因为受试者的反应可能需要单独校准。
基于单个神经元活动的前额皮质图
。CC-BY-NC-ND 4.0 国际许可证永久有效。它是在预印本（未经同行评审认证）下提供的，作者/资助者已授予 bioRxiv 许可，可以在该版本中显示预印本。版权持有者于 2024 年 11 月 8 日发布了此版本。；https://doi.org/10.1101/2024.11.06.622308 doi：bioRxiv 预印本
与狗接触对前额大脑活动的影响
尽管与动物接触对人类身心健康的影响受到越来越多的关注[1-5]，但这些影响的神经生理学相关性尚未完全了解[6，7]。然而，这些相关性与理解人与动物关系的潜在机制[8-11]和设计有效的动物辅助干预措施高度相关。多项研究的作者报告说，与狗的积极互动可以降低压力参数，如血压、心率或皮质醇水平[12-14]，并导致与结合或归属相关的神经化学物质的增加，如β-内啡肽、催产素和催乳素[15-17]。然而，这些参数的结果仍然尚无定论[13，18，19]。对人与动物互动背景下的神经学相关性的研究很少。初期研究利用神经成像技术调查了与动物互动时的神经反应[20-27]。这些研究中大多数都展示了动物的图像，而只有少数研究探讨了真实动物的影响。一项正电子发射断层扫描（PET）研究发现，与放松状态下相比，在熟悉的狗面前，与压力和交感神经唤起相关的大脑区域激活程度较低[23]。其他研究者观察到，与抚摸毛绒动物、看马或看毛绒动物相比，抚摸马时大脑右额极区域的活动更为显著[24]。另一项测量血液动力学反应的研究发现，参与者在抚摸猫时左下额回会做出激活反应[25]。此外，在注意力任务中，儿童在与狗互动后前额叶皮质的活动程度高于与机器狗互动后[26]。同样，在一项小规模试点研究中，参与者的大脑对活体动物的反应比对机械玩具动物的反应更强烈[27]。虽然这些研究首次揭示了人与动物互动的神经学相关性，但还需要进一步研究来了解不同形式的人与动物互动中发生的情况。获得的知识对于开展有效的动物辅助干预至关重要[28]。狗是动物辅助干预中最常用的动物[4,29,30]。本研究的目的是通过强有力的研究设计，调查动物辅助干预环境中不同形式的人与狗接触的神经学相关性。为了确保结果对实际应用尽可能有价值，我们调查了诊所动物辅助干预环境中参与者的反应，并涉及与狗的直接接触和互动。这也使我们能够控制与狗的不同接触量。与动物互动是一种与大多数人的情感相关的社交场合[7, 31–34]。多项评论已将前额叶皮质视为社会认知处理不同方面的关键区域，如心智理论/心理化[35]和理解自我和他人[36]。因此，前额叶皮质的活动对于研究人与动物互动的潜在机制非常重要。我们的研究旨在通过对照试验利用功能性近红外光谱 (fNIRS) 研究健康受试者前额叶皮质的大脑激活情况。我们比较了与狗的不同互动形式和与毛绒动物的不同互动形式。首先，我们预计与狗或毛绒动物接触的亲密程度增加与刺激量的增加相关，因此也与大脑活动的增加相关。其次，我们假设与毛绒动物的对照条件相比，参与者在与狗接触的条件下会表现出更高的大脑活动。
前额皮质在意识感知中的作用
近年来，前额叶皮层 (PFC) 在意识感知中的作用引起了人们的极大兴趣，因为它已成为区分人类意识主流神经理论的关键问题。关于这一作用，人们可以发现三种主要且相互矛盾的观点。全球主义观点认为，PFC 是全球工作空间的主要枢纽，其激活是任何意识体验的关键组成部分。高阶思维理论认为，PFC 具有更专业的作用，它支持高阶反思或评估，而高阶反思或评估被认为是意识的基本要素。相比之下，局部主义观点认为，意识内容与内容特定皮层区域的局部激活有关，而前额叶皮层在一般意识体验中并没有特殊作用。根据局部主义观点，正如后皮层区域是视觉感知意识体验的基础一样，前额叶皮层也是特定类别意识内容（如报告、思考、言语和内省）意识体验的基础。在这里，我将回顾从人类成像和记录、皮层损伤和清醒患者的直接电刺激中获得的实验证据。这三种方法的发现共同支持了局部主义观点和共同的基本原则，即每个皮层区域都专注于特定且独特的意识内容类别。
迈向无处不在的脑电图，耳内脑电图与前额脑电图的相关性
摘要：近年来，可穿戴式脑电图 (EEG) 在临床和研究之外的广阔应用前景推动下越来越受欢迎。连续脑电图的普遍应用需要不显眼的外形，以便终端用户轻松接受。在此过程中，可穿戴式脑电图系统已从整个头皮转移到前额，最近又转移到耳朵。本研究的目的是证明新兴的耳部脑电图提供与现有的前额脑电图相似的阻抗和信号特性。在阻抗分析后，使用装有三个定制电极和一个前额电极 (Fpx) 的通用耳机从十名健康受试者获取了睁眼和闭眼阿尔法范式的脑电图数据。入耳式电极阻抗的受试者间变异性在 10 Hz 时为 20 k Ω 至 25 k Ω。信号质量相当，入耳式电极的 SNR 为 6，前额电极的 SNR 为 8。所有入耳式电极在睁眼状态下的 Alpha 衰减都很明显，并且遵循前额电极功率谱密度图的结构，入耳位置 ELE（左耳上）和 ERE（右耳上）与前额位置 Fp1 和 Fp2 之间的 Pearson 相关系数分别为 0.92。结果表明，就阻抗、信号特性和信息内容而言，入耳式 EEG 是已建立的前额 EEG 的非侵入式替代方案。
不同认知任务中前额皮质投射神经元类别的差异编码
Jan H. Lui, 1,6,* Nghia D. Nguyen, 1,5,6 Sophie M. Grutzner, 1 Spyros Darmanis, 2 Diogo Peixoto, 3 Mark J. Wagner, 1 William E. Allen, 1,4 Justus M. Kebschull, 1 Ethan B. Richman, 1,4 Jing Ren, 1 William T. Newsome, 3 Stephen R. Quake, 2,* 和 Liqun Luo 1,7,* 1 斯坦福大学霍华德休斯医学研究所生物系，斯坦福，加利福尼亚州 94305，美国 2 斯坦福大学陈扎克伯格生物中心生物工程和应用物理系，斯坦福，加利福尼亚州 94305，美国 3 斯坦福大学神经生物学系，斯坦福，加利福尼亚州 94305，美国 4 斯坦福大学神经科学博士项目，斯坦福，加利福尼亚州 94305，美国 5神经科学，哈佛大学，美国马萨诸塞州波士顿 02115 6 这些作者贡献相同 7 主要联系人 *通信地址：janlui@stanford.edu (JHL)、steve@quake-lab.org (SRQ)、lluo@stanford.edu (LL)
海马体、前额皮质和嗅周皮质对于偶然顺序记忆至关重要
大量针对啮齿类动物和人类的研究表明，海马体和前额叶皮质对于记忆刺激之间的时间关系至关重要，越来越多的证据表明，嗅周皮质也可能参与其中。然而，不同研究的实验参数差异很大，这限制了我们充分理解这些结构的基本作用的能力。事实上，以前的研究在强调的时间记忆类型（例如，顺序、序列或时间分离）、使用的刺激和反应（例如，试验独特或重复的序列，以及偶然或奖励行为）以及控制潜在混杂因素的程度（例如，原发性和近期效应或继发于项目记忆障碍的顺序记忆缺陷）方面各不相同。为了帮助整合这些发现，我们开发了一种新的范式，用于测试试验独特事件系列的偶然记忆，并同时评估海马体、前额叶皮质或嗅周皮质受损动物的顺序和项目记忆。我们发现，这种新方法可以增强对顺序和项目的记忆，而海马、前额叶和周围皮层的损伤会选择性地损害顺序记忆。这些发现表明，海马、前额叶皮质和周围皮层是广泛结构网络的一部分，这些结构对于偶然学习情景记忆中的事件顺序至关重要。
利用同步的大脑节律来影响记忆引导的决策
前额皮质和海马之间的功能相互作用与记忆引导的决策相关，正如 θ（6-11 Hz）频率范围内的强烈振荡同步所揭示的。然而，这种形式的长距离同步对记忆引导的选择的影响程度仍不清楚。我们开发了一个脑机接口，可以根据前额海马 θ 同步的幅度启动任务试验，然后测量选择结果。在依赖和不依赖工作记忆的任务中，基于强前额-海马 θ 同步启动的试验比对照试验更有可能正确。前额-丘脑神经相互作用随着前额-海马同步而增加，而腹侧中线丘脑的光遗传学激活主要训练前额 θ 节律，但动态调节同步。总之，我们的结果表明，前额叶-海马体 θ 波同步可提高正确选择的概率，并增强前额叶-丘脑对话。我们的研究结果揭示了记忆引导选择背后的神经回路动力学的新见解，并强调了一种通过脑机接口增强认知过程或行为的有前途的技术。
前额皮质中成熟的小清蛋白中间神经元的功能需要在出生后敏感期进行活动
摘要 Hubel 和 Wiesel 在他们的开创性发现中确定了敏感期，在这些敏感期中，经验可以通过发育过程中神经元活动的短暂变化对成人视觉皮层功能和行为产生持久影响。非感觉皮层（如前额叶皮层）是否存在类似的敏感期，其中活动的变化决定了成人回路的功能和行为，这仍然是一个活跃的研究领域。在这里，我们使用小鼠证明，在青少年时期抑制前额叶小清蛋白 (PV) 表达的中间神经元会导致成人前额叶回路连接、体内网络功能和行为灵活性的持续受损，而这种受损可以通过在成年期有针对性地激活 PV 中间神经元来逆转。相反，在成年期可逆地抑制 PV 中间神经元活动不会产生持久影响。这些发现确定了前额叶回路成熟的活动依赖性敏感期，并强调了发育过程中异常的 PV 中间神经元活动如何改变成人前额叶回路功能和认知行为。
探索大脑和行为中的拟人化与心智理论之间的关系
图 1 性格拟人化和心智理论网络激活。（a）用拟人化个体差异问卷测量的样本性格拟人化，（b）在观看动画电影时，与观看引发疼痛感知的场景相比，在观察引发心理化的场景时，心智理论网络的六个区域的激活情况，性格拟人化和活动之间没有明确的关系（c）在心智理论网络中和（d）在各个区域内（二次预测因子为红色，线性预测因子为蓝色）。指数在（c）和（d）中居中并按比例缩放。dmpfc，背内侧前额皮质；mmpfc，中内侧前额皮质；prec，楔前叶；rtpj 和 ltpj，右侧和左侧颞顶交界处；vmpfc，腹内侧前额皮质