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人类记忆的大脑电刺激:经验教训和未来展望

调节支持人类陈述性记忆的认知功能是神经科学的重大挑战之一,对各种神经精神、神经退行性和神经发育疾病具有重要意义。尽管最近在提高一系列记忆任务中的表现方面的成功尝试激增,但增强记忆的最佳方法和参数尚未确定。在更基本的层面上,如何在给定的大脑区域输送电流导致增强记忆处理仍然是难以捉摸的。从局部和远端神经群的生理效应出发,直接电刺激增强记忆编码、维持、巩固或回忆的机制直到现在才被解开。随着创新的神经技术的出现,可以同时记录和刺激人脑的颅内活动,研究刺激对记忆表现和潜在神经活动的急性和慢性影响成为可能。在这篇综述中,我们总结了各种侵入性刺激方法在调节记忆功能方面的作用。我们首先概述了在记忆增强的初步研究中所面临的挑战和吸取的教训。然后,电生理生物标志物被视为比行为结果更客观的刺激效果测量。最后,基于对神经活动记录的分析,我们将各种刺激方法分为连续调制和相位调制,分别采用开环和闭环进行响应性刺激。虽然闭环反应性刺激相对于经典开环方法的潜在优势尚不确定,但我们预计,正在进行的纵向研究和临床试验的新结果将阐明改善陈述性记忆的机制和最佳策略。基于长时间生物标志物分析的适应性刺激被认为是获得对记忆功能持久影响的未来方向。通过适应性刺激对脑内神经活动进行慢性跟踪和调节,为持续监测和治疗一系列大脑疾病中的记忆和认知缺陷开辟了诱人的新途径。利用机器学习工具和无线双向连接创建的大脑协处理器,可以将植入设备与智能手机和云计算无缝集成,从而实现对大数据量的实时自动分析,并根据行为状态的电生理生物标志物自适应调整电刺激。下一代用于高密度记录和刺激电生理活动的植入式设备,以及分布式脑机接口技术被认为是调节人类记忆和相关心理过程的未来选择。

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如何解释静息态功能磁共振成像:询问你的参与者

摘要:静息态功能磁共振成像(rsfMRI)揭示了受试者在不受任务约束的环境中,让他们的思维自由游走时的大脑动态。因此,休息的受试者在丰富的认知和感知状态(即正在进行的体验)空间中导航。这种持续的体验如何形成rsfMRI总结指标(例如,功能连接性)尚不清楚,但可能对受试者内部和之间的差异有独特的贡献。在这里,我们认为,要理解正在进行的体验在rsfMRI中的作用,需要获得这些体验的标准化的、时间分辨的、经过科学验证的第一人称描述。我们建议通过适合用于功能磁共振成像研究的内省方法获得这些描述的最佳实践。最后,我们总结了一套融合这两种数据类型的指南,以回答关于rsfMRI病因的紧迫问题。

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Nature communications:对运动前区的直流电刺激阻塞了自主行为意识

《本文同步发布于“脑之说”微信公众号,欢迎搜索关注~~》   摘要:对神经科学的一个挑战是理解意志行为构建的有意识和无意识过程,研究者在大脑手术过程中研究了人类运动意识的神经基质。在第一项实验中,清醒的患者进行了一项自主的手部运动任务,并对他们的表现进行实时观察,同时不同的大脑区域被直流电刺激(DES)短暂地干扰。在第二项实验中,清醒患者回顾性报告DES后的运动表现。根据脑损伤后运动意识障碍的解剖-临床证据,选择运动前皮层(PMC)为靶区,主要体感皮层(S1)为控制区。在两个实验中,在PMC和S1上的DES都中断了运动执行,但只有PMC上的DES显著改变了患者的运动意识,使他们对运动停止失去意识。这些发现证实了PMC在人体运动意识的解剖学功能网络中是一个至关重要的节点。

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Brain综述:整合直接电刺激与脑连接组学

神经和神经发育疾病是一个主要的公共卫生问题,迫切需要新的治疗方法。有效疗法的发展依赖于对行为产生过程中涉及的神经底物的精确定位。在清醒手术中进行的认知和神经监测中进行的直接电刺激(Direct electrical stimulation, DES)目前被认为是脑功能因果关系映射的金标准。然而,DES受限于刺激位点的局限性,阻碍了在网络水平上对人脑功能的真正整体探索。我们使用了来自612例胶质瘤患者的4137个DES点,并结合人类脑连接组数据——静息态功能MRI (n = 1000)和扩散加权成像(n = 284)——来提供针对12个不同行为域的因果宏观功能网络的多模态描述。为了探讨我们的程序的有效性,我们(i)比较了健康人群和临床人群的网络地形;(ii)测试了DES衍生网络的预测能力;(iii)量化结构连接与功能连接之间的耦合;(iv)建立一个多元模型,能够量化单个受试者偏离正常人群的情况。最后,我们通过测试DES衍生的功能网络在识别与术后语言障碍相关的关键神经调控靶点和神经底物方面的特异性和敏感性,探索了其转译潜能。与单独使用DES相比,DES和人类连接组数据的组合使全脑覆盖率平均增加了29.4倍。DES衍生的功能网络可以预测未来的刺激点(准确率为97.8%),并得到皮层下刺激的解剖连接的有力支持。我们没有观察到患者和健康人群在组和单一受试者水平之间有任何显著的地形差异。在具体的临床应用中,我们发现DES衍生的功能网络在多个功能域与有效的神经调控靶点重叠,在使用不同刺激技术的颅内刺激点进行测试时显示出高度的特异性,并可有效地用于表征术后行为缺陷。DES与人类连接组的集成从根本上提高了DES或单独功能成像提供的功能映射的质量。DES衍生的功能网络可以可靠地预测未来的刺激点,与基础白质有很强的对应关系,可用于患者特异性的功能定位。可能的应用范围从精神病学和神经病学到神经心理学、神经外科和神经康复。

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