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使用多个独立控制接触的最佳闭环深部脑刺激
深部脑刺激 (DBS) 是治疗多种神经系统疾病（包括帕金森病和特发性震颤）的成熟方法。已知这些疾病的症状与基底神经节和丘脑的病理性同步神经活动有关。据推测，DBS 会使这种活动不同步，从而导致症状整体减轻。具有多个独立可控触点的电极是 DBS 技术的最新发展，它有可能更精确地瞄准一个或多个病理区域，减少副作用并可能提高治疗的功效和效率。然而，这些系统的复杂性增加促使人们需要了解 DBS 应用于大脑内多个区域或神经群时的效果。基于理论模型，我们的论文探讨了如何最好地将 DBS 应用于多个神经群以最大限度地使大脑活动不同步的问题。其中的核心是我们推导出的解析表达式，这些解析表达式可以预测在施加刺激时症状严重程度应如何变化。利用这些表达式，我们构建了一个闭环 DBS 策略，该策略描述了如何使用反馈信号的相位和幅度将刺激传递给各个接触点。我们模拟了我们的方法，并将其与文献中发现的另外两种方法进行了比较：协调复位和锁相刺激。我们还研究了我们的策略预计会产生最大效益的条件。
高强度空气超声波暴露对...的影响
有关安全超声波暴露限值的规定是基于非常有限的研究，这些研究只考虑了听力阈值变化作为听力缺陷的指标。本研究的目的是评估接触高强度超声波对一系列听力功能指标的影响，其中包括听力阈值，以及听力缺陷的亚临床指标：噪声中言语理解能力、超阈值听性脑干反应I波幅度和延迟，以及对调幅（AM）音调的频率跟随响应水平。在一组 9 名年轻听众中，评估了左耳接触高强度超声波之前和之后这些指标的变化。将这些变化与对照组 9 名年轻听众的变化进行了比较。暴露包括以 105、110、115 和 120 dB SPL 的级别在每个级别上呈现 10 分钟的 40 kHz AM 音调，另外在超声波检测任务中暴露于 40 kHz 未调制音调，总持续时间为 50 秒。与对照组参与者相比，暴露组参与者的左耳听力功能测量结果均未发现明显变化大于右耳。暴露于 AM 音调期间获得的脑电图形记录未显示超声音调的调制频率或低频次谐波处的显著锁相活动。九分之一的参与者能够以高于偶然水平的成绩完成超声波检测任务，尽管由于实验装置的限制，她能够检测到音调呈现的机制仍不清楚。35
基于 EEG 的脑机接口利用 Steady-...
摘要。脑机接口旨在从用户的大脑活动中获取命令，以便将其传递到外部设备。为此，它可以检测到所谓的“主动”BCI 中的心理状态的自发变化，或“反应性”BCI 中大脑对外部刺激的反应的瞬时或持续变化。在后者中，用户通过感官通道（通常是视觉或听觉）感知外部刺激。当刺激持续且周期性时，大脑反应会达到可以相当容易检测到的振荡稳定状态。我们关注基于 EEG 的 BCI，其中周期性信号（机械或电）刺激用户皮肤。这种类型的刺激会引起体感系统的稳态响应，可以在记录的 EEG 中检测到。表征这种反应的振荡和锁相电压分量称为稳态体感诱发电位 (SSSEP)。研究表明，SSSEP 的幅度会受到特定心理任务的调节，例如当用户将注意力集中在或不集中在体感刺激上时，从而允许将这种变化转化为命令。实际上，基于 SSSEP 的 BCI 可以从直接的 EEG 信号分析技术中受益，就像反应式 BCI 一样，同时允许自定节奏的交互，就像主动式 BCI 一样。在本文中，我们对与利用 SSSEP 的基于 EEG 的 BCI 相关的科学文献进行了调查。首先，我们努力描述 SSSEP 的主要特征和允许调整刺激以最大化其幅度的校准技术。其次，我们介绍了作者实施的信号处理和数据分类算法，以便在基于 SSSEP 的 BCI 中详细说明命令，以及他们在用户实验中评估的分类性能。
功能性神经网络揭示注意力缺陷多动症儿童的情绪处理差异
摘要 注意力缺陷多动障碍 (ADHD) 是一种常见的神经发育障碍，除了注意力不集中、活动过度或冲动之外，还使儿童难以处理面部情绪，从而与同龄人互动。在这里，我们通过锁相值 (PLV) 方法分析了患有这种疾病的儿童的神经网络。具体来说，我们确定了 22 名健康男孩和 22 名患有 ADHD 的男孩的 62 个 EEG 通道之间的相位同步水平，同时记录了观察愤怒、快乐、中性和悲伤面部情绪。我们基于伽马子带构建了神经网络，根据以前的研究，该子带对情绪刺激的反应最高。我们发现 ADHD 组的额叶和枕叶的功能连接显著 ( P 值 \ 0.01) 高于健康组。这些脑叶的功能连接越多，表明这些脑区神经元之间的相位同步性越高，这说明 ADHD 组大脑情绪处理中心存在一些问题。ADHD 组这些脑叶的最短路径长度也显著高于健康组（P 值 \ 0.01）。这一结果表明 ADHD 神经元网络的枕叶和额叶（分别负责大脑中的视觉和情绪处理）中信息传递和分离的效率较低。我们希望我们的方法能够帮助利用网络科学方法进一步深入了解 ADHD。
高强度空气超声波暴露对...的影响
有关安全超声暴露限值的规定是基于数量非常有限的研究，这些研究仅将听力阈值变化视为听力缺陷的指标。当前研究的目的是评估高强度超声暴露对一系列听力功能指标的影响，包括听力阈值以及听力缺陷的亚临床指标：噪声中言语理解、超阈值听觉脑干反应波 I 幅度和延迟以及对调幅 (AM) 音调的频率跟随响应水平。在一组 9 名年轻听众中，对左耳暴露于高强度超声之前和之后这些指标的变化进行了评估。这些变化与对照组 9 名年轻听众的变化进行了比较。暴露包括在每个级别上以 105、110、115 和 120 dB SPL 的水平呈现 18 40 kHz AM 音调 19 持续 10 分钟，再加上在超声波检测任务期间暴露 20 40 kHz 未调制音调，总持续时间为 50 秒。与对照组参与者相比，暴露组参与者的左耳与右耳相比，没有发现任何听力功能测量值有显著变化。在暴露于 AM 音调期间获得的脑电图记录未显示调制频率或超声音调的低频次谐波处有显著的锁相活动。九分之一的参与者能够以高于偶然水平的水平完成超声检测任务，尽管由于实验设置的限制，她能够检测到音调呈现的机制仍不清楚。35
硬膜下皮质电刺激中的伪影传播
通过脑皮层电图 (ECoG) 进行皮层刺激可能是在双向脑机接口 (BD-BCI) 中诱导人工感觉的有效方法。然而，电刺激引起的强电伪影可能会显著降低或掩盖神经信息。详细了解刺激伪影通过相关组织的传播可能会改进现有的伪影抑制技术或启发开发新的伪影缓解策略。因此，我们的工作旨在全面描述和模拟硬膜下 ECoG 刺激中伪影的传播。为此，我们收集并分析了四名患有癫痫并植入硬膜下 ECoG 电极的受试者的雄辩皮层映射程序数据。从这些数据中，我们观察到伪影在所有受试者的时间域中都表现出锁相和棘轮特性。在频域中，刺激导致宽带功率增加，以及基频刺激频率及其超谐波的功率爆发。伪影的空间分布遵循电偶极子的电位分布，在所有受试者和刺激通道中，拟合优度中值为 R 2 = 0.80。高达 ± 1,100 µ V 的伪影出现在距离刺激通道 4.43 至 38.34 毫米的任何地方。这些时间、光谱和空间特性可用于改进现有的伪影抑制技术，启发新的伪影缓解策略，并有助于开发新的皮质刺激方案。总之，这些发现加深了我们对皮质电刺激的理解，并为未来的 BD-BCI 系统提供了关键的设计规范。
源级脑电图和图论揭示局灶性癫痫中广泛的功能网络改变
目的：癫痫相关的超同步神经元活动会导致广泛的功能网络中断，其范围超出致痫区。这种改变的功能网络拓扑结构被认为是导致认知障碍等非癫痫症状的介质。本研究的目的是证明局灶性癫痫患者在控制良好和生活质量高的情况下存在功能网络改变。方法：我们比较了 22 名局灶性癫痫患者和 16 名健康对照者，其图形指标来自源重建的静息态脑电图的功能连接（锁相值）。图形指标是在五个频带中预定义的网络密度范围内计算的。结果：就整体网络拓扑结构改变而言，我们观察到与健康对照者相比，癫痫患者的小世界指数显著增加。在局部层面，两个左半球区域显示出向更大的 alpha 带“中心度”的转变。结论：局灶性癫痫患者中存在细微的广泛功能网络改变，即使在以成功的抗癫痫药物治疗和高生活质量为特征的群体中也是如此。这些发现表明功能网络分析在癫痫中可能具有临床意义。意义：局灶性癫痫伴有整体和局部功能网络异常，这可能与非癫痫症状的持续有关。关键词：局灶性癫痫；网络分析；功能连接；源级脑电图；图论重点：
面部表情线索整合过程中错误监测的神经元 θ 波特征
错误监控是一种元认知过程，通过这一过程，我们能够在做出反应后检测并发出错误信号。监控我们的行为结果何时偏离预期目标对于行为、学习和高阶社交技能的发展至关重要。在这里，我们使用脑电图 (EEG) 探索了面部表情线索整合过程中错误监控的神经基础。我们的目标是研究依赖于面部线索整合的响应执行之前和之后错误监控的特征。我们遵循中额叶 theta 的假设，认为它是错误监控的强大神经元标记，因为它一直被描述为一种发出认知控制需求的信号机制。此外，我们假设 EEG 频域分量可能有利于研究复杂场景中的错误监控，因为它携带来自锁定和非锁相信号的信息。应用了一个具有挑战性的 go/no-go 扫视范式来引出错误：需要整合面部情绪信号和凝视方向来解决这个问题。我们从 20 名健康参与者处获取了脑电图数据，并在反应准备和执行期间以 θ 波段活动水平进行分析。尽管 θ 调制在错误监控过程中一直得到证实，但它开始发生的时间尚不清楚。我们发现正确和错误试验之间中额通道的 θ 功率存在差异。错误反应后 θ 波段立即升高。此外，在反应开始之前，我们观察到了相反的情况：错误之前的 θ 波段较低。这些结果表明 θ 波段活动不仅是错误监控的指标（这是增强认知控制所必需的），也是成功的必要条件。这项研究通过在复杂任务中甚至在执行反应之前就揭示与错误相关的模式并使用需要整合面部表情线索的范例，为 θ 波段在错误监控过程中的作用增加了先前的证据。
与肌萎缩侧索硬化症相关的额叶功能网络中断：基于 fNIRS 的最小生成树分析
最近有越来越多的证据将脑组织网络中断与多种神经退行性疾病联系起来，包括一种罕见的绝症——肌萎缩侧索硬化症 (ALS)。然而，不同研究中脑网络特征的可比性仍然是传统图论方法面临的挑战。解决此问题的一种建议方法是最小生成树 (MST) 分析，它提供了偏差较小的比较。在这里，我们评估了 MST 网络分析对功能性近红外光谱 (fNIRS) 神经成像模式记录的血流动力学反应的新应用，在基于活动的范式中研究额叶功能性大脑网络拓扑中的假设中断作为执行功能障碍的标志，执行功能障碍是 ALS 研究报告的最常见的认知缺陷之一。我们分析了从九名 ALS 患者和十名年龄匹配的健康对照者记录的数据，首先使用锁相值 (PLV) 分析估计功能连接，然后构建相应的个体和组 MST。我们的结果表明，在多个 MST 拓扑特性方面，组间存在显著差异，包括叶分数、最大度、直径、偏心率和度发散。我们进一步观察到 ALS 组中的全局转向更集中的额叶网络组织，这被解释为该队列中的网络更加随机或失调。此外，相似性分析表明对照组中各个 MST 的重叠略有增加，这意味着健康队列中的参考网络拓扑变化较低。我们的节点分析表明，健康对照组的主要局部枢纽在额叶皮质上分布更均匀，左前额叶皮质 (PFC) 的发生率略高，而在 ALS 组中，最常见的枢纽是不对称的，主要在右前额叶皮质中观察到。此外，还证明了全局 PLV (gPLV) 同步指标与疾病进展有关，一些拓扑特性（包括叶分数和树层次结构）与疾病持续时间有关。这些结果表明，失调、集中化和
用于闭环刺激和记录自由移动人体中单个神经元和局部场电位活动的可穿戴平台
图 1. Neuro-stack 平台。a、用于单神经元和局部场电位 (LFP) 记录以及闭环可编程锁相 (PLS) 刺激的 Neuro-stack 和基于 GUI 的平板电脑。平板电脑可以选择记录和刺激通道、采样率、单极/双极记录和其他参数。显示的是封装（左）和未封装（右）版本。b、Neuro-stack 由三个堆叠层组成：1）通信 (Comm)、2) 数字和 3) 模拟。展示的是印刷电路板 (PCB，尺寸 = 90×60 mm 2 ) 和 5×2 引脚（8 个通道、1 个参考和 1 个接地，共 10 个引脚）Omnetics 探头连接器，可连接微电极（仅连接顶部模拟层）。请注意，每个模拟层最多接收两个 Omnetics 连接器，以通过一个探头连接最多 4 个电极。显示了每层的高级框图（右）。通信层包含一个 FPGA（现场可编程门阵列），用于介导外部软件和集成电路 (IC) 芯片之间的命令和数据传输（通过 USB）。数字层包含 PLS IC。模拟层包含用于感测（Sense IC）和刺激（Stim IC）的芯片。显示三个模拟层以允许记录 192 个通道（64 x 3 层）。串行外围设备接口 (SPI) 用于 FPGA 与 Sense 和 Stim IC 的通信，移位寄存器用于 FPGA 与 PLS 和 Spike IC 的通信。c，神经堆栈连接到佩戴眼动追踪系统的参与者的微电极。d，显示用于宏电极的 10 针防触摸跳线和用于微电极记录的 10 针连接器（例如 Adtech）。e，使用临床监测系统（Nihon Kohden，灰色）和神经堆栈（黑色）同时记录的示例数据显示信号相似。 f，数据（e）中功率谱图示例，显示一致的活动模式。使用对数刻度显示频率（0.1-32 Hz）。g，数据（e）中归一化功率谱密度（PSD）图示例。