(sub)结构,圆形和正方形通常按照传说中的顺序组织(顶 /下,左 /右)。链接到每个(子)结构的特定功能和功能障碍仅在彩色框中列出,仅用于更高的认知领域。该图仅是出于说明目的而设计的,因此,皮层结构的神经解剖学(例如它们的大小和形状)并不精确。因为听觉脑干由下丘和其他结构组成,因此在面板B中未显示;该面板也未显示副神经核(有关这两个方面,请参见补充表2)。有关更多详细信息,包括特定的较低认知和非认知(DYS)功能,请参见补充表1(下脑干下部)和补充表2(上脑干上)。
抽象的许多生物在自然界中具有进化的机制,可以耐受严重的低氧或缺血,包括具有冬眠能力的北极松鼠(AGS)。尽管AGS中的低氧或缺血耐受性涉及生理适应性,但对内在AGS细胞弹性对代谢应激的弹性的关键细胞机制知之甚少。通过基于细胞存活的cDNA表达筛选在神经祖细胞中,我们确定了AGS ATP5G1的遗传变异,该变异赋予了细胞对代谢应激的弹性。ATP5G1编码线粒体ATP合酶的亚基。在小鼠细胞中的异位表达和内源性AGS基因座的CRISPR/CAS9基础编辑表明,一个AGS特异性氨基酸取代在介导AGS ATP5G1的细胞保护过程中的因果作用。AGS ATP5G1通过调节线粒体形态变化和代谢功能来促进代谢应激的弹性。我们的结果从哺乳动物的冬眠器中确定了ATP5G1的自然发生的变体,该变体对代谢应激有助于固有的细胞保护作用。
摘要 — 癫痫是一种神经系统疾病,其特征是由大脑异常电活动引起的突发和反复发作。反应性神经刺激 (RNS) 为药物难治性癫痫患者提供了一种有希望的治疗选择。反应性神经刺激 (RNS) 是一种采用闭环系统的植入式设备。它通过皮层脑电图 (ECoG) 记录持续监测大脑活动。当系统检测到癫痫发作活动时,它会向大脑发送直接电刺激以抑制癫痫发作。癫痫发作检测算法需要针对患者进行优化,这导致近年来人们对深度学习方法的兴趣日益浓厚。虽然更深的网络架构通常可以提高检测准确性,但它们在植入式设备中的实现受到硬件资源有限和可用于 ECoG 监测的电极通道数量有限的限制。为了确保 RNS 的实际可行性,系统地最小化患者特定深度学习模型的计算成本和连接的 ECoG 电极数量至关重要。本研究通过分析在 3D ECoG 数据上训练的 3D 卷积神经网络 (3D CNN) 的第一个卷积层学习到的时空核,系统地减少了癫痫检测模型中的电极通道数量和计算成本。这种方法充分利用了网络学习网格电极之间的空间关系和 ECoG 信号的时间动态的能力。缩小后的癫痫检测 CNN 模型与原始 CNN 模型之间的性能比较表明,至少对于某些患者,可以在减小模型尺寸的同时保持推理性能。
小脑 爬行动物脑。 爬行动物脑 边缘系统 大脑皮层。 所有人类都有大脑,大脑是由三个不同部分组成的物理器官。 有时我们不知道自己的行为、思维和感受方式,因为我们的大脑中存储了大量信息。 我们的大脑是一台终极计算机,可以存储并继续存储信息,包含神经元细胞。 我们的中枢神经系统包括三个大脑,它们会随着年龄的增长而进化:爬行动物脑、边缘系统和大脑皮层。 1. 爬行动物脑 爬行动物脑包含我们大脑最古老的部分,大约在 5 亿年前发育,存在于爬行动物中,但大脑发育较少。 这种结构仅限于产生简单而冲动的行为,类似于总是以相同方式重复的仪式,具体取决于生理状态:恐惧、饥饿、愤怒等。 这个大脑可以理解为神经系统的一部分,在条件满足时执行编程的遗传密码。它是最古老、最简单的大脑,决定是否关注某种情况。原因是它拒绝复杂、困难或风险,而喜欢简单、清晰和直接。 2. 边缘系统 边缘系统的功能与学习有关。如果某种行为产生愉快的情绪,我们倾向于重复它或试图改变我们的环境来重现这种体验。另一方面,如果它引起痛苦,我们就会记住这种体验,避免再次经历它。 边缘系统的关键元素是海马体,它从外部(视觉、嗅觉、听觉、触觉、味觉)和内部(内脏)来源接收信息。内部和外部感觉的整合被认为是情绪体验的基础。海马体中的细胞构成了情绪键盘。 人类有思考的头脑(理性大脑)和感觉的头脑(情绪大脑)。在正常情况下,我们个性的这两个方面是平衡的,相互协调的。情绪思维比理性思维快得多,它快速激活而不分析后果,遵循联想逻辑和分类思维。具体情况并改变先前的结论。从解剖学上讲,情绪思维由边缘系统管理。边缘系统负责管理情绪、学习和记忆,由杏仁核、海马体、海马旁回等结构组成。然而,“边缘系统”的概念更多地基于功能关系,而不是解剖结构。3. 大脑皮层大脑皮层是理性的大脑。它由我们大脑中管理抽象智力、推理、语言、记忆等的部分组成。这决定了一个人对“智力”的标准概念。它的名字来源于它是大脑中最现代的进化层。它是覆盖大脑的一层薄薄的外层,呈现出许多凹槽;它厚约 2 毫米,分为六层。这一层有 300 亿个神经元,提供记忆、知识、技能和积累的经验。大脑皮层无疑是人类与动物的最大区别,因为只有人类才具备这些品质。大脑皮层或理性大脑,它允许意识和控制情绪,同时发展认知能力:记忆、集中注意力、自我反省、自我激励、解决问题、选择正确的行为......它是一个人的有意识的部分,既有生理上的,也有情感上的。 Paul MacLean 的三位一体大脑理论 参考文献: Bradford, HF (1988). Fundamentos de neuroquímica. Barcelona: Labor. Carpenter, MB (1994). Neuroanatomía. Fundamentos. Buenos Aires: Editorial Panamericana. Delgado, JM; Ferrús, A.; Mora, F.; Rubia, FJ (eds) (1998)。《神经科学手册》。马德里:Síntesis。MacLean, P. (1990)。进化中的三位一体大脑:在古脑功能中的作用。Springer Science & Business Media。MacLean, P. (1999)。三位一体大脑、情绪和科学偏见。《心智与行为杂志》,20(2),141-160。Herrmann, N.、Black, SE、Lawrence, J.、Szekely, C.、Szalai, JP、McIlroy, WE,... & Rockwood, K. (2008)。阿尔茨海默病中的三位一体大脑:PET 研究。《欧洲神经病学杂志》,15(1),47-54。
实时功能性MRI神经反馈使个人可以自我调节其持续的大脑活动。这可能是与大脑活动模式改变有关的临床疾病中的有用工具。中风后的运动障碍与运动皮层活性的横向降低有关。在这里,我们检查了慢性中风幸存者是否能够使用实时fMRI神经反馈来增加运动皮层活性的横向性,并评估了对运动性能以及大脑结构和功能的影响。我们进行了一项随机,双盲,假手术试验(ClinicalTrials.gov:NCT03775915),其中24个具有轻度至中肢损伤的慢性中风幸存者经历了三个对真实(n = 12)或sham(n = 12)神经反馈的训练日。在神经反馈训练后和1周之前,对大脑结构,大脑功能和上LIMB功能的度量进行评估。此外,在神经反馈训练后1个月重复上LIMB功能的度量。主要结局指标是(i)在整个神经反馈训练期间,在受中风影响的手的运动过程中,运动皮层活性的横向变化; (ii)杰布森·泰勒(Jebsen Taylor)测试(JTT)上受影响肢体的运动性能变化。中风幸存者能够使用实际的神经反馈来增加(p = 0.019)内部运动皮层活性的侧向,但在整个训练日内却不是。对主要行为结果度量没有群体影响,这是所有子任务中的平均JTT性能(p = 0.116)。二级分析发现,与假相比,实际神经反馈组的JTT总体运动子任务的性能有所改善(p = 0.010)。但是,动作研究臂测试或上肢FUGL -MEYER得分没有改善(均为p> 0.5)。此外,在神经反馈训练后1周检测到皮质脊髓束的白色物质不对称性降低(P = 0.008),表明该区域与实际神经反馈更加相似。受影响的皮质脊髓道的变化与参与者的神经反馈性能呈正相关(p = 0.002)。因此,在这里我们证明了慢性中风幸存者能够使用功能性MRI神经反馈与假控制相比自我调节运动皮层活性,并且训练与总体运动性能的改善以及白质结构变化有关。
图1。实验范式的时间和条件。a)提出了三种类型的条件。前三个音调遵循引起强预测(可预测和错误预测)的序列(上升/降序),或者序列的顺序被扰乱,从而降低了最后一个音调的可预测性(无法预测)。第四调可以实现预测(可预测)或违反(错误预测),从而产生本地期望。上升或下降序列可能以低频或高频音调结束。在整个实验中,可预测的条件的频率比错误预测和不可预测的条件(60-20-20)更频繁地产生了全球期望,即可预测的条件更有可能。b)每个会话由6到8次组成。在每次运行中,以慢速事件相关的设计进行了36次试验,审判间隔为5至7 tr。条件顺序是随机的。
1 杜克大学生物医学工程系,北卡罗来纳州达勒姆 2 杜克大学电气与计算机工程系,北卡罗来纳州达勒姆 3 杜克大学神经生物学系,北卡罗来纳州达勒姆 4 杜克大学神经外科系,北卡罗来纳州达勒姆 5 西北大学生理学系,伊利诺伊州芝加哥 6 西北大学生物医学工程系,伊利诺伊州芝加哥 7 西北大学物理医学与康复系,伊利诺伊州芝加哥 8 芝加哥大学生物生物学与解剖学系,伊利诺伊州芝加哥 9 芝加哥大学计算神经科学委员会,伊利诺伊州芝加哥 10 芝加哥大学神经科学研究所,伊利诺伊州芝加哥 * 通讯作者:Warren M. Grill,博士,杜克大学生物医学工程系 Rm。 1427, Fitzpatrick CIEMAS 101 Science Drive, Campus Box 90281 Durham, NC, 27708, 美国 warren.grill@duke.edu 919 660-5276 电话 919 684-4488 传真
摘要 皮质-基底神经节-丘脑 (CBGT) 通路如何使用多巴胺能反馈信号来修改未来决策的问题几十年来一直困扰着计算神经学家。通过回顾多巴胺能皮质纹状体可塑性的计算表示的文献,我们展示了该领域如何融合到一种规范的突触级学习算法,该算法可以优雅地捕捉 CBGT 回路的神经生理特性和强化学习期间的行为动态。不幸的是,导致这种规范算法模型的计算研究都依赖于使用抽象动作选择规则的简化电路。结果,将这种皮质纹状体可塑性算法应用于 CBGT 通路的完整模型会立即失败,因为整合(皮质纹状体回路)、动作选择(丘脑皮质环路)和学习(黑质纹状体回路)之间的时空距离意味着网络不知道应该强化哪些突触以支持之前的奖励动作。我们展示了神经生理学观察结果,特别是选定动作表征的持续激活,如何提供一种简单的方法来解决 CBGT 学习模型中的这种信用分配问题。使用完整 CBGT 回路的生物学现实脉冲模型,我们展示了该解决方案如何让网络学习选择最佳目标并在环境发生变化时重新学习动作-结果偶然性。这个简单的例子强调了如何扩展皮质纹状体可塑性的规范框架以捕捉学习和决策过程中的宏观网络动态。
皮质回路中的计算在高级脑功能中起着根本性的作用。最近的技术进步极大地促进了对细胞类型特异性皮质突触回路的结构和连接及其在小鼠执行简单的目标导向感觉知觉任务中的功能的定量描述。对皮质回路如何处理感觉信息的机制理解需要详细的生物物理计算建模,从而需要越来越精确的数据。通过对结构、功能和模拟的综合研究,神经科学家现在能够研究皮质计算的因果机制。研究神经回路结构与功能关系的一个关键模型系统是小鼠桶状皮质,它处理来自鼻子 1 周围的胡须阵列的触觉感觉信息(图 1A)。自 1970 年 Thomas Woolsey 和 Hendrik van der Loos 发现桶状皮层以来,对其进行了 50 年的研究。2 我们在此讨论桶状皮层电路的结构、功能和模拟的未来研究途径,需要将这些研究途径整合起来,以建立行为结构与功能关系的因果关系。
标题:皮层内微刺激脉冲波形和频率招募皮层神经元和神经纤维网激活的不同时空模式。作者:Kevin C. Stieger 1,2、James R. Eles 1、Kip A. Ludwig 3-5、Takashi DY Kozai 1,2,6-8 附属机构:1. 匹兹堡大学生物工程系,宾夕法尼亚州匹兹堡 2. 匹兹堡大学认知神经基础中心,卡内基梅隆大学,宾夕法尼亚州匹兹堡 3. 威斯康星大学麦迪逊分校生物医学工程系,威斯康星州麦迪逊 4. 威斯康星大学麦迪逊分校神经外科系,威斯康星州麦迪逊 5. 威斯康星转化神经工程研究所 (WITNe),美国威斯康星州麦迪逊 6. 匹兹堡大学神经科学中心,宾夕法尼亚州匹兹堡 7. 匹兹堡大学麦高恩再生医学研究所,宾夕法尼亚州匹兹堡 8. 匹兹堡大学脑神经技术中心宾夕法尼亚州匹兹堡研究所