依赖经验的神经元连通性组织对于大脑发育至关重要。我们最近证明了社会游戏行为的重要性,用于对大鼠内侧前额叶皮层中抑制性突触的发展进行微调。发生游戏经验的这些影响时,如果在整个前额叶皮层中均匀地发生这种情况时,目前尚不清楚。在这里,我们报告了社会游戏对内侧前额叶皮层和眶额皮质中兴奋性和抑制性神经传递的影响的重要时间和区域异质性。我们记录了少年(少年(P)21),青少年(P42)和成年大鼠(P21和P42之间)的第5层锥体神经元(p42)和成年大鼠(P85)大鼠。这些前额叶皮层子区域的发展遵循不同的轨迹。在P21上,眶额皮质中的抑制性和兴奋性突触输入高于内侧前额叶皮层。社交剥夺不会影响兴奋性电流,而是减少内侧前额叶皮层和眶额皮质的抑制转播。有趣的是,减少发生在社会游戏剥夺期间的内侧前额叶皮层中,而轨道额皮层的减少仅在社交游戏剥夺后才体现出来。这些数据揭示了社交经验与前额叶子区域的特定发展轨迹之间的复杂相互作用。
摘要:无人机 (UAV) 机组人员的组成有时会定义与地面控制站 (GCS) 相关任务的特定角色。传感器操作员任务特定于他们所操作的平台和 GCS 的类型,但在许多情况下,该操作员的角色对于确定任务成功至关重要。为了评估任务有效性,我们应用了以神经脑成像技术和其他生理生物标志物为重点的人类绩效衡量标准,并结合从传感器操作员任务中获得的行为数据。在实验执行过程中,这包括路线扫描、目标检测和正面识别以及已识别目标的跟踪等任务。在本文的范围内,我们报告了路线扫描任务的初步结果。在这项研究中,在三次试验期间,通过功能性近红外光谱 (fNIRS) 从前额皮质区域获取大脑活动测量值。随着试验的进行,根据特定生物标志物(即氧合血红蛋白)确定,路线扫描任务中表现不佳和表现出色的人之间存在显著差异。这些发现支持了先前的研究,并表明应用神经生理学测量方法对进一步客观了解人类认知表现大有裨益。本文还讨论了在此背景下使用 fNIRS 的好处,即在为无人机操作员提供个性化培训的同时,为动态评估人类表现提供关键优势。
基于静息态血氧水平依赖性信号,对人类海马记忆系统的有效连接进行了测量,以揭示连接的方向性和强度,研究者对参与人类连接组计划的 172 名参与者进行了测量。腹侧“什么”海马流涉及颞叶皮质、周嗅皮质和海马旁 TF 皮质以及内嗅皮质。背侧“哪里”海马流将顶叶皮质与后扣带皮层和扣带后皮质以及海马旁 TH 皮质连接起来,后者又投射到与海马体相连的前下托。第三条流涉及眶额皮质和腹内侧前额皮质,与海马体、内嗅皮质和周嗅皮质具有有效连接。与海马体的前向连接通常比后向连接强。因此,独立的“什么”、“哪里”和“奖励”流可以在海马体中汇聚,然后反向投射从那里返回到源头。然而,与简单的双流海马体模型不同,存在与奖励价值相关的第三条流;在到达海马体之前,这些系统之间存在一些交叉连接;海马体与内嗅皮层和前下托之前的处理阶段具有一些有效的连接。这些发现补充了扩散纤维束成像,并为人类海马体记忆系统运作的新概念奠定了基础。
相较于传统物理治疗的疗效,一种利用运动想象疗法治疗脑卒中偏瘫患者的新疗法可诱导大脑可塑性并可使患者部分恢复运动能力。本文提出了一种利用下肢运动协调想象(正常步态想象和中风后偏瘫步态想象)的更新范式,并通过基于脑电图的脑网络对此类想象进行解码。招募30名受试者在下肢运动协调想象期间采集脑电图。采用时域分析、功率谱分析、时频分析、脑网络分析和统计学分析探讨下肢运动协调想象的神经机制。提取10个基于脑电图的脑网络特征,并使用支持向量机进行解码。结果显示,两种运动协调想象主要激活感觉运动区域,频带功率主要集中在θ和α带,脑功能连接主要发生在右前额。基于脑电信号的脑网络的网络属性与邻接矩阵的空间特征的组合对两种步态表象具有良好的可分离性(p < 0.05),组合特征的平均分类准确率为 92.96% ± 7.54%。综合来看,我们的研究结果表明脑网络特征可用于识别中风后的正常步态表象和偏瘫步态表象。
f NIRS 功能性近红外光学成像系统可测量人类受试者前额叶皮层的氧气水平变化。每个 f NIRS 系统均可在受试者进行测试、执行任务或接受刺激时实时监测大脑组织氧合情况,并允许研究人员在受试者执行认知任务时定量评估大脑功能(例如注意力、记忆力、计划和解决问题)。f NIRS 设备提供血红蛋白水平的相对变化,使用改进的比尔-朗伯定律计算得出。受试者在前额佩戴 f NIRS 传感器(安装在柔性带上的红外光源和探测器),可检测前额叶皮层的氧气水平并提供氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的实时值。它可以持续实时地显示受试者执行不同任务时的氧气变化。受试者可以坐在电脑前进行测试或执行移动任务。它与刺激呈现系统和 BIOPAC 的虚拟现实产品集成。功能强大的 f NIR 光谱成像工具可测量含氧和不含氧血红蛋白血液中的 NIR 光吸收率,并提供与功能性 MRI 研究类似的持续大脑活动信息。它消除了 f MRI 的许多缺点,为认知功能评估提供了一种安全、经济、无创的解决方案。该技术为研究人员提供了更大的研究设计灵活性,包括在复杂的实验室环境中工作,以及在非传统实验室位置进行实地研究。
缩写列表:AG,角回;CES,经颅电刺激;CI,置信区间;COBIDAS,数据分析和共享最佳实践委员会;CoG,重心;DLPFC,背外侧前额皮质;EEG,脑电图;FEF,额叶眼区;FFT,快速傅里叶变换;IAF,个体阿尔法频率;ICA,独立成分分析;IPS,顶内沟;ITPC,经颅间相位相干性;LTD,长期抑郁;LTP,长期增强;mA,毫安;MD,平均差异;MEEG,脑磁图和脑电图;MEG,脑磁图;MRI,磁共振成像;MT,运动阈值;NIBS,非侵入性脑刺激;OSF,开放科学框架;otDCS,振荡经颅直流电刺激; PAF,峰值 alpha 频率;PICO,参与者,干预,控制,结果;PRISMA,系统评价和荟萃分析的首选报告项目;PROSPERO,国际系统评价前瞻性注册库;RINCE,减阻非侵入性皮层电刺激;rTMS,重复经颅磁刺激;SE,标准误差;SM,感觉运动;STDP,尖峰时间依赖性可塑性;SWiM,无需荟萃分析的综合;tACS,经颅交流刺激;TBS,Theta 爆发刺激;tDCS,经颅直流刺激;tES,经颅电刺激;TMS,经颅磁刺激;tRNS,经颅随机噪声刺激。
摘要 — 步态特征下降在老年人中很常见,是残疾、发病和死亡风险增加的指标。在双任务步行 (DTW) 条件下,老年人的步态和次要认知任务的表现进一步下降,这与跌倒史显着相关。最近有研究通过功能性近红外光谱 (fNIRS) 测量老年人 DTW 期间的步态皮质控制,特别是前额皮质 (PFC)。然而,在单任务和双任务步态条件下认知激活差异的自动分类尚未得到广泛研究。在本文中,我们将其制定为分类任务,并利用深度学习对 STW、DTW 和单认知任务 (STA) 进行自动分类。我们对数据样本进行分析,揭示 HbO2 和 Hb 值之间差异的特征,随后将其用作附加特征。我们执行特征工程,将 fNIRS 特征公式化为 3 通道图像,并应用各种图像处理技术进行数据增强,以提高深度学习模型的性能。实验结果表明,使用收集的 fNIRS 数据集以及性别和认知状态信息进行微调的预训练深度学习模型可以实现约 81% 的分类准确率,比传统机器学习算法高出约 10%。我们进一步进行了消融研究,以确定 fNIRS 级别和/或体素位置等特征对分类任务贡献的排名。
奖励动机通过中脑边缘系统、海马和皮质系统之间的相互作用(编码期间和编码后)来增强记忆。这些分布式神经回路的发展变化可能导致奖励动机记忆和潜在神经机制的年龄相关差异。跨物种研究的综合证据表明,青春期皮质下多巴胺信号增加,这可能导致奖励事件的记忆表征比平凡事件更强,以及潜在皮质下和皮质大脑机制的贡献随年龄变化而变化。在这里,我们使用 fMRI 来检查奖励动机如何影响支持两性人类参与者从童年到成年的长期联想记忆的“在线”编码和“离线”编码后大脑机制。我们发现,奖励动机导致 24 小时后联想记忆的年龄不变增强和非线性年龄相关差异。此外,奖励相关的记忆益处与年龄变化的神经机制有关。在编码过程中,随着年龄的增长,前额皮质 (PFC) 和腹侧被盖区 (VTA) 之间的相互作用与更好的高奖励记忆的关联性会更大。编码前到编码后,前海马和 VTA 之间的功能连接变化也与更好的高奖励记忆有关,但在年轻时更是如此。我们的研究结果表明,支持奖励动机记忆的离线皮层下和在线皮层大脑机制的贡献可能存在发育差异。
摘要:大多数神经精神疾病的诊断依赖于主观测量,这使得最终临床决策的可靠性值得怀疑。本研究的目的是提出一种基于机器学习的分类方法,利用功能性近红外光谱 (fNIRS) 衍生的生物标志物对三种神经精神或神经系统疾病进行客观诊断。十三名健康青少年和六十七名临床诊断为偏头痛、强迫症或精神分裂症的患者执行了 Stroop 任务,同时用 fNIRS 监测前额皮质血流动力学。提取血流动力学和认知特征来训练三种监督学习算法(朴素贝叶斯 (NB)、线性判别分析 (LDA) 和支持向量机 (SVM))。通过十次十倍交叉验证程序运行来测试每种算法在四个类别中正确预测每个参与者的类别的性能。所有算法均实现了四类分类性能,准确率超过 81%,特异性超过 94%。SVM 在准确率(85.1 ± 1.77%)、敏感度(84 ± 1.7%)、特异性(95 ± 0.5%)、精确度(86 ± 1.6%)和 F1 分数(85 ± 1.7%)方面表现最佳。fNIRS 衍生特征用于自动分类时没有主观报告偏差。所提出的方法可能对协助客观诊断与额叶功能障碍相关的神经精神疾病具有巨大潜力。
在过去15年中,我们对青少年大脑的两个主要区域学到了很多东西 - 前额叶皮层(大脑的首席执行官)和边缘系统(情感引擎室)。从青春期(青春期到大约18岁),到成年(大约18至25岁左右),再到成年后期(从20年代中期开始),前额叶皮层会发生神经系统变化,并开始与边缘大脑更好地沟通。这会导致所有大脑开始更有效,有效地发挥作用。随着前额皮层发展的发展,执行功能和技能的发展对年轻人的“意义创造”能力有影响。这将影响他们处理有关他们了解自己的信息以及如何将它们整合在一起以“知道自己是谁”的能力。科学表明,在男性和女性之间,即使是家庭中的出生顺序,额外的皮层的发展也有很大差异。似乎很清楚的是,18岁的arbitarity年龄可能为时过早,无法为年轻人做出重大决定,包括关于其职业的决定。似乎当我们通过自然的神经系统发展和改进执行功能的改善以添加新的“认知”软件和技能,以建立链接并看到我们生活的模式时,似乎更合适的时间来做出这些决定。我们如何将这些信息整合到职业实践中?我们应该更多地了解这项科学以告知我们的职业实践吗?如果我们这样做,我们的实践将如何改变?大脑的发展是一个复杂的持续过程,作为一个职业,我们需要更多地了解我们是否要在职业领域更有效地提供帮助。