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DREAM：解码大脑系统节律的工具箱
Xavier Castellanos 8,9 , 李海芳 3,* , 左希年 1,2,5,10,11,12* 1. 中国科学院大学心理学系，北京，中国 2. 中国科学院心理研究所行为科学重点实验室，北京，中国 3. 太原理工大学计算机学院，太原，中国 4. 北京工业大学应用数理学院，北京，中国 5. 中国科学院心理研究所大脑与心智终身发展研究中心，北京，中国 6. 荷兰鹿特丹伊拉斯姆斯大学儿童与青少年精神病学系 7. 荷兰鹿特丹伊拉斯姆斯大学医学中心放射学系 8. 纽约大学朗格尼医学中心、儿童研究中心，纽约，美国 9. 内森·S·克莱恩精神病学研究所，纽约，奥兰治堡，美国 10.中国科学院心理研究所磁共振成像研究中心，北京，中国 11. 南宁师范大学脑与教育科学重点实验室，南宁，中国 12. 北京师范大学 IDG/麦戈文脑研究中心 & 认知科学与学习国家实验室，北京，中国 #与第一作者贡献相同 *通讯作者：
哪些外部变量会影响感觉运动节律脑 - ...
描述基于感觉运动节律的脑机接口 (SMR-BCI) 用于获取与运动意象相关的脑信号并将其转换为机器控制命令，从而绕过通常的中枢神经系统输出。选择最佳的外部变量配置可以最大限度地提高 SMR-BCI 在健康和残疾人士中的表现。当 BCI 的目标是在严格监管的实验室环境之外的日常环境中使用时，这种性能现在尤为重要。在这篇评论文章中，我们总结并批判性地评估了当前有关外部变量对 SMR-BCI 性能的影响的知识体系。在评估 SMR-BCI 性能与外部变量之间的关系时，我们将其广泛地描述为不太依赖于 BCI 用户并且源自用户之外的元素。这些因素包括 BCI 类型、干扰因素、训练、视觉和听觉反馈、虚拟现实和磁电反馈、本体感受和触觉反馈、脑电图 (EEG) 系统组装的细致程度和 EEG 电极的定位以及记录相关伪影等因素。在这篇评论文章的最后，提出了关于外部变量对 SMR-BCI 性能影响的研究未来发展方向。我们相信，我们的评论对学术 BCI 科学家和开发人员以及在 BCI 领域工作的临床专业人员以及 SMR-BCI 用户都具有价值。
长期认知活性期间的注意力脑节律
（未通过同行评审认证）是作者/资助者。保留所有权利。未经许可就不允许重复使用。此预印本版的版权持有人于2023年3月26日发布。 https://doi.org/10.1101/2023.03.03.26.534254 doi：biorxiv preprint
使用后部优势节律预测创伤性脑损伤结果
目的 预测严重创伤性脑损伤 (sTBI) 的结果具有挑战性，现有模型对个体患者的适用性有限。本研究旨在确定可以预测 sTBI 后恢复情况的指标。研究人员努力证明脑电图上的后部优势节律与积极结果密切相关，并开发一种基于机器学习的新型模型，准确预测意识的恢复。方法 在这项回顾性研究中，作者评估了 2010 年至 2021 年期间所有因 sTBI（格拉斯哥昏迷量表 [GCS] 评分 ≤ 8）入院的插管成年人，他们在 sTBI 后 30 天内接受了 EEG 记录（n = 195）。收集了 73 个临床、放射学和 EEG 变量。根据受伤后 30 天内是否出现 PDR，创建了两个队列：有 PDR 的队列（PDR[+] 队列，n = 51）和没有 PDR 的队列（PDR[-] 队列，n = 144），以评估表现和四种结果的差异：院内生存率、恢复服从命令的能力、出院时格拉斯哥预后量表扩展版 (GOS-E) 评分以及出院后 6 个月的 GOS-E 评分。AutoScore 是一种基于机器学习的临床评分生成器，可选择重要预测变量并为其分配权重，用于创建预测院内生存率和恢复服从命令能力的预后模型。最后，使用 MRC-CRASH 和 IMPACT 创伤性脑损伤预测模型将预期的患者结果与真实结果进行比较。结果 在入院时，PDR(−) 组的平均 GCS 运动分较低（1.97 比 2.45，p = 0.048）。尽管预测结果（通过 MRC-CRASH 和 IMPACT）没有差异，但 PDR(+) 组具有更高的院内生存率（84.3% 比 63.9%，p = 0.007）、恢复听从指令率（76.5% 比 53.5%，p = 0.004）和平均出院 GOS-E 评分（3.00 比 2.39，p = 0.006）。6 个月 GOS-E 评分没有差异。然后使用 AutoScore 识别以下 7 个对院内生存率和恢复听从指令具有高度预测性的变量：年龄、体重指数、收缩压、瞳孔反应性、血糖和血红蛋白（均在入院时）以及 EEG 上的 PDR。该模型对预测住院生存率（曲线下面积 [AUC] 0.815）和恢复命令执行能力（AUC 0.700）具有出色的辨别力。结论 sTBI 患者脑电图的 PDR 可预测有利的结果。作者的预后模型在预测这些结果方面具有很强的准确性，并且比以前报告的模型表现更好。作者的模型在临床决策以及为此类伤害后的家庭提供咨询方面很有价值。
人类大脑的每日温度节律可预测脑损伤后的生存率
患者接受干预以达到“正常”脑温；这一参数对于人类而言仍未定义。神经元功能对温度的高度敏感性意味着大脑应该是等温的，但对患者和非人类灵长类动物的观察表明大脑存在显著的时空变化。我们旨在通过确定健康成人的脑温变化程度来确定患者脑温的临床意义。我们回顾性地筛选了所有参加欧洲神经创伤协作脑损伤疗效研究 (CENTER-TBI) 高分辨率重症监护病房子研究的患者的数据。仅纳入直接测量脑温且未进行有针对性的温度管理的患者。为了解释患者分析结果，我们前瞻性地招募了 40 名健康成人（20 名男性、20 名女性，20-40 岁）使用磁共振波谱法进行脑温测量。参与者在一天中的早上、下午和深夜接受扫描。在患者 ( n = 114 ) 中，脑温范围为 32.6 至 42.3°C，平均脑温 (38.5 ± 0.8°C) 超过体温 (37.5 ± 0.5°C，P < 0.0001)。在 100 名符合脑温节律分析条件的患者中，25 名表现出每日节律，老年患者的脑温范围降低 ( P = 0.018)。在健康参与者中，脑温范围为 36.1 至 40.9°C；平均脑温 (38.5 ± 0.4°C) 超过口腔温度 (36.0 ± 0.5°C)，黄体期女性比卵泡期女性和男性高 0.36°C（分别为 P = 0.0006 和 P < 0.0001）。温度随着年龄的增长而增加，最明显的是大脑深层区域（20 年内增加 0.6°C，P = 0.0002），空间变化为 2.41 ± 0.46°C，丘脑温度最高。大脑温度随一天中的时间而变化，尤其在深层区域（0.86°C，P = 0.0001），夜间温度最低。根据健康数据，我们构建了 HEATWAVE——人类大脑温度的 4D 地图。在测试 HEATWAVE 对患者的临床相关性时，我们发现缺乏每日大脑温度节律会使重症监护中的死亡几率增加 21 倍（P = 0.016），而绝对温度最大值或最小值并不能预测结果。较高的平均大脑温度与生存率相关（P = 0.035），但是，衰老 10 岁会使死亡几率增加 11 倍（P = 0.0002）。人类大脑的温度比以前认为的要高，而且变化幅度更大——受年龄、性别、月经周期、大脑区域和一天中的时间影响。这对温度监测和管理具有重大意义，每日大脑温度节律性正在成为脑损伤后生存的最强单一预测因素之一。我们得出结论，每日节律性大脑温度变化——而不是绝对大脑温度——是人类大脑生理学与病理生理学区别开来的一种方式。
视觉识别过程中大脑中的节律性信息采样
当我们注视一个物体时，视觉信息会持续地被视网膜接收。一些研究观察到了这种刺激时间内感知敏感度的行为波动，这些波动与大脑波动有关。然而，特定大脑区域是否在刺激时间中表现出波动（即刺激在不同时间点以有节奏的方式被或多或少地处理）尚未得到研究。在这里，我们在随机时刻揭示了面部图像的随机区域，并使用 MEG 记录了男性和女性人类参与者在执行两项识别任务时的大脑活动。这使我们能够量化来自刺激的每个视觉信息快照在时间和大脑中的处理方式。刺激时间的波动（有节奏的采样）主要出现在早期视觉区域，频率为 theta、alpha 和低 beta。我们还发现它们对大脑活动的贡献大于之前研究的节律处理（处理单个视觉信息快照时的波动）。非节律性采样在视觉皮层的后期潜伏期也可见，要么是早期刺激时间点的瞬时处理，要么是整个刺激的持续处理。我们的结果表明，连续的大脑振荡周期会处理连续时刻传入的刺激信息。总之，这些结果促进了我们对与视觉处理相关的振荡神经动力学的理解，并表明在研究视觉识别时考虑刺激的时间维度的重要性。
没有行为证据表明节律促进知觉辨别
摘要 有人假设内部振荡可与外部环境节律同步（即同步化），从而促进感知和行为。迄今为止，关于神经振荡相位与行为之间联系的证据很少且相互矛盾；此外，大脑是否可以使用这种试验性机制进行主动时间预测仍是一个悬而未决的问题。在我们目前的研究中，我们对 181 名健康参与者进行了一系列听觉音高辨别任务，以阐明节奏提示和同步化所提出的行为益处。在我们三个版本的任务中，我们没有观察到所谓的同步化的感知益处：与异相出现的目标或随机出现的目标相比，与节奏提示同相出现的目标在辨别准确性或反应时间方面没有提供感知益处，我们也没有发现节奏提示和随机提示之前的目标的表现差异。然而，我们发现提示频率对反应时间有令人惊讶的影响，参与者对频率较高的提示节奏反应更快。因此，我们没有提供同步的证据，而是提供了隐性主动感知的暂定效应，即更快的外部节奏导致运动皮质和感觉皮质之间的通信速率更快，从而允许更早地采样感觉输入。
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。
脑电波：一种无创刺激脑部节律的灵活方法
尽管许多研究表明多种疾病中的脑部节奏异常，但靶向深脑区域的有限手段却限制了驱动大脑节奏的治疗潜力。因此，我们开发了一种无创的毫秒精确的感觉刺激，以驱动脑节律。在这里，我们首次介绍了新开发的开源软件和指令，用于建筑，测试，调试，并使用脑电波（大脑广谱音频/视觉曝光）刺激。我们证明了多种物种和不同实验环境之间的脑电波刺激。这些方法构成了一种可自定义的，开源，可访问和无创的技术，可刺激脑振荡，从而有因果测试节奏的大脑活动如何影响脑功能。
利用同步的大脑节律来影响记忆引导的决策
前额叶皮层和海马体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那样。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然未知。在这里，我们开发了一个脑机接口，根据前额叶-海马体θ同步的幅度启动T迷宫任务的试验，然后测量选择结果。发现强烈的前额叶-海马体θ同步会对工作记忆依赖任务和提示反应任务的正确选择产生偏差。随着前额叶-海马体同步的增加，前额叶-丘脑神经相互作用增加，并且腹侧中线丘脑的光遗传学激活会诱发前额叶神经活动和前额叶-海马体θ同步。总之，我们的结果表明，前额叶-海马体θ同步会导致正确的选择并加强前额叶-丘脑对话。我们的研究结果揭示了记忆引导选择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景的技术。