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Brain综述：跨时空分辨率的DBS神经生理机制

医疗大健康

摘要：脑深部刺激是一种神经调节疗法，用于控制帕金森病和其他神经和精神疾病的症状。电极长期植入与疾病相关的大脑区域，脉冲电刺激递送旨在恢复神经回路功能。然而，在对深部脑刺激引起的神经回路改变的全面理解之前，人们对这种临床治疗的应用和扩展产生了广泛的兴趣。多年来，出现了各种形式的神经生理学证据，证明了大脑活动在时空分辨率上的变化，从单个神经元到局部场电位，再到全脑皮质网络效应。尽管这些研究成果丰硕，但往往会导致对单一假定机制的争论。在这篇更新中，我们的目标是产生一个互补而不是相互排斥的神经生理效应的综合解释，以得出深部脑刺激机制的一个可概括的概念。特别是，我们对历史上最常见的相互竞争的理论进行了批判性的回顾，对动物和人类神经生理学研究的最新文献进行了讨论，并综合了深部脑刺激在观察尺度上的突触和网络效应，包括微观、中观和宏观尺度的电路改变。

2024-01-09

3690

BP综述：任务态fMRI如何阐明精神疾病风险的早期出现？

医疗大健康

精神疾病是复杂的，通常在发展过程中出现在特定领域的多个非典型过程中。描述支持这些区域的神经回路的发育特征可能有助于分解复杂疾病的组成部分，并揭示与精神风险相关的功能变化。这篇综述强调了婴儿任务型功能磁共振成像(fMRI)在阐明精神疾病的发育神经生物学方面的当前和潜在作用。任务功能磁共振成像测量通过改变血氧水平依赖性信号来诱发大脑对特定刺激的反应。首先，我们回顾了从出生到生命最初几年使用任务功能磁共振成像的现有研究，并综合了关于何时、何地以及如何在婴儿大脑中执行不同的神经计算的现有证据。通过任务功能磁共振成像(task fMRI)对婴儿的感觉知觉、抽象类别知觉和统计规律检测的神经回路进行了表征，为识别和解释与精神疾病风险相关的神经回路功能变异提供了发育背景。接下来，我们将讨论一些研究，这些研究专门研究了婴儿期这些神经回路的功能变化与精神疾病风险的关系。这些研究揭示了特定神经回路何时分化成熟，环境风险因素的影响，以及任务功能磁共振成像在促进早期治疗或预防后期精神问题方面的潜在效用。最后，我们为未来的婴儿任务-功能磁共振成像研究提供了考虑，这些研究有可能促进对婴儿时期神经回路功能和随后精神疾病风险的理解。

2024-01-09

2620

Neuron：大脑功能连接的信息交流决定了电刺激在大脑皮层的传播

医疗大健康

灰质区域之间的交流支撑着大脑功能的各个方面。我们通过对20个医疗中心共550人进行29,055次单脉冲直接电刺激(平均每个受试者87±37次电极接触)后获得的颅内脑电图记录，研究了人脑的区域间通信。我们发现网络通信模型——基于扩散核磁共振推断的结构连通性计算——可以解释焦点刺激的因果传播，以毫秒时间尺度测量。在这一发现的基础上，我们表明，一个包含结构、功能和空间因素的简洁统计模型可以准确而稳健地预测脑刺激的全皮层效应(来自医疗中心的数据R2 = 46%)。我们的工作有助于网络神经科学概念的生物学验证，并提供了连接组拓扑如何塑造多突触区域间信号的见解。我们期望我们的发现对神经通讯的研究和脑刺激范式的设计有一定的启示。

2024-01-08

2420

视空间工作记忆正常的老年人前额叶血流动力学特征

医疗大健康

摘要：在老龄化人群中观察到记忆力下降，这是痴呆症后期发展的一个危险因素。了解老年人的记忆如何保存一直是一个重要的话题。本研究考察了记忆力与年轻人相当的老年人的血流动力学特征。在本研究中，45名年轻人和45名老年人执行了不同难度级别（即要记住的项目）的视觉记忆任务，并通过功能性近红外光谱（fNIRS）测量了他们在每个级别下的脑血流动力学。结果表明，在难度较高的情境下，老年人比年轻人表现出更高的激活。此外，表现与年轻人相当的老年人（即能够记住六个项目）表现出更多的右侧激活。然而，那些无法做到这一点的老年人表现出更多的左侧激活。结果表明，表现优异的老年人通过在特定的大脑区域招募认知资源而拥有成功的补偿机制。

2024-01-08

3220

Science：人类神经科学中的功能基因组学和系统生物学

医疗大健康

由于对资源建设和工具开发的强大的财政和智力支持，神经科学研究已经进入了神经基因组学领域的关键发展阶段。以前的组织异质性的挑战已经遇到了技术的应用，可以让我们研究单个细胞尺度的功能轮廓。此外，以细胞类型特异性的方式干扰基因、基因调控元件和神经元活性的能力已经与基因表达研究相结合，以在系统水平上揭示基因组的功能基础。虽然这些见解必须基于模型系统，但由于人类遗传学、大脑成像和组织收集方面的进步，我们现在有机会将这些方法应用于人类和人体组织中。我们承认，在我们将模型系统中开发的基因组工具应用于人类神经科学的程度上，可能总是有限制的；然而，正如我们在这个角度所描述的，神经科学领域现在已经为解决这一雄心勃勃的挑战奠定了最佳基础。将系统级的网络分析应用于这些数据集，将有助于对人类神经基因组学的更深入的理解，否则，这是无法从直接可观察到的现象中实现的。

2024-01-08

5350

Nature Neuroscience：大脑的内感受性节律

医疗大健康

感知身体内部的信号，或内感受，是维持生命的基础。然而，内感受不应被视为一个孤立的领域，因为它与外感受、认知和行动相互作用，以确保有机体的完整性。我们重点关注心脏、呼吸和胃节律，回顾了内感受在解剖学和功能上与来自外部环境的信号的处理交织在一起的证据。从内感受信号的外周转导到感觉处理和皮层整合，在一个超出核心内感受区域的网络中，相互作用出现在所有阶段。内感受性节奏有助于从知觉检测到自我意识的功能，或者相反地与外部输入竞争。对内感受的兴趣重新引发了长期存在的问题，即大脑如何通过振荡同步、预测编码或多感觉整合来整合和协调分布式区域的信息。在同一框架下考虑内感受和外感受，为生物体特有的信息处理的生物模式铺平了道路。

2024-01-05

6280

Neuron：大脑功能连接的信息交流决定了电刺激在大脑皮层的传播

医疗大健康

灰质区域之间的交流支撑着大脑功能的各个方面。我们通过对20个医疗中心共550人进行29,055次单脉冲直接电刺激(平均每个受试者87±37次电极接触)后获得的颅内脑电图记录，研究了人脑的区域间通信。我们发现网络通信模型——基于扩散核磁共振推断的结构连通性计算——可以解释焦点刺激的因果传播，以毫秒时间尺度测量。在这一发现的基础上，我们表明，一个包含结构、功能和空间因素的简洁统计模型可以准确而稳健地预测脑刺激的全皮层效应(来自医疗中心的数据R2 = 46%)。我们的工作有助于网络神经科学概念的生物学验证，并提供了连接组拓扑如何塑造多突触区域间信号的见解。我们期望我们的发现对神经通讯的研究和脑刺激范式的设计有一定的启示。

2024-01-05

2120

PNAS：从儿童到老年大脑自发皮层动态变化轨迹

医疗大健康

在迄今为止规模最大、范围最广的寿命脑磁图(MEG)研究中(n = 434,6至84岁)，我们提供了静息状态自发活动的规范轨迹及其时间动态的关键数据。我们进行了尖端的分析，研究了年龄和性别对全脑、空间分辨的相对和绝对功率图的影响，并在两种类型的图的所有谱波段发现了显著的年龄影响。具体而言，较低的频率与年龄呈负相关，而较高的频率与年龄呈正相关。通过层次回归进一步探讨了这些相关性，揭示了关键大脑区域的显著非线性轨迹。性别影响出现在绝对功率图中，而不是相对功率图中，突出了通常可互换使用的结果指标之间的关键差异。我们严谨和创新的方法提供了多谱图，显示了整个生命周期中自发神经活动的独特轨迹，并通过广泛使用的自发皮质动力学的相对/绝对功率图阐明了关键的方法论考虑。

2024-01-05

2600

Neurolmage:儿童和青春期早期大脑内在活动的复杂度

医疗大健康

大量证据表明，脑信号复杂性(BSC)可能是健康大脑功能的重要指标，或者是疾病和功能障碍的前兆。然而，尽管最近取得了进展，但我们目前对BSC如何在大规模网络中出现和发展，以及形成这些动态因素的理解仍然有限。在这里，我们利用静息态功能近红外光谱(rs-fNIRS)捕捉和表征了107名6-13岁健康被试的大规模功能网络中BSC动力学的性质和时间过程。自发性BSC的年龄依赖性增加主要发生在高阶关联区域，包括默认模式(DMN)和注意(ATN)网络。我们的研究结果还揭示了BSC的不对称发育模式，这是特定于背侧和腹侧ATN网络的，前者显示出BSC的左侧化，后者显示出右侧化。与男性相比，这些与年龄相关的侧偏性变化在女性中似乎更为明显。最后，使用机器学习模型，我们表明BSC是一个可靠的实际年龄预测指标。高阶关联网络，如DMN和背侧ATN，在预测以前未见过的个体的年龄方面表现出最强大的预测能力。综上所述，我们的研究结果为在童年和青春期进化的大规模内在网络中的BSC动态的时空模式提供了新的见解，表明基于网络的BSC测量代表了一种追踪正常大脑发育的有前途的方法，并可能有助于早期发现非典型发育轨迹。

2024-01-05

3120

评估抑郁症脑刺激生物标志物的稳健性:MRI和EEG研究的系统回顾

医疗大健康

非侵入性脑刺激(NIBS)治疗作为一种潜在的精神疾病治疗干预手段已经获得了相当大的关注。确定可靠的生物标志物来预测NIBS的临床反应是近年来研究的主要焦点。神经成像技术，如脑电图(EEG)和(功能性)磁共振成像(fMRI)，已被用于识别可能预测NIBS反应的潜在生物标志物。然而，确定临床可操作的脑生物标志物需要稳健性。在这篇系统综述中，我们旨在总结NIBS在抑郁症中的脑生物标志物研究的现状，只关注有充分证据的研究(N≥88)和/或旨在独立复制先前研究结果的研究，无论成功与否。初步纳入220项研究，其中18项MRI研究和18项EEG研究符合纳入标准，均集中于重复经颅磁刺激治疗抑郁症。在回顾纳入的研究后，我们发现以下MRI和EEG生物标志物是最可靠的：1)基于fmri的背外侧前额叶皮层和亚掌前扣带皮层之间的功能连通性，2)基于fmri的网络连通性，3)任务诱导的脑电图额中线θ波，4)脑电图个体α频率。未来的前瞻性研究应进一步研究这些特异性脑电图和MRI生物标志物的临床可操作性，使生物标志物更接近临床实际。

2024-01-05

3470

Biological Psychiatry综述：人脑成像转录组学的最佳实践

医疗大健康

现代全脑转录图谱为研究脑组织的分子相关性提供了前所未有的机会，可以使用无创神经成像进行量化。然而，将神经影像学数据与转录组测量相结合并不是直截了当的，需要仔细考虑才能做出有效的推断。在本文中，我们回顾了最近的研究工作，探讨了不同的方法选择如何影响成像转录组学分析的三个主要阶段，包括1)转录图谱数据的处理；2)将转录测量与独立衍生的神经影像学表型相关联；3)通过基因富集分析评估鉴定的关联的功能意义。我们的目标是为这个快速发展的领域促进标准化和可复制方法的发展。我们确定了方法可变性的来源，可能影响结果的关键选择，以及减轻假阳性和/或虚假结果的考虑因素。最后，我们提供了在所有3个分析阶段实现当前最佳实践过程的免费可用的开源工具箱的概述。

2023-12-08

5350

Nature Reviews Neuroscience：迈向一个有生物学注解的大脑连接体

医疗大健康

大脑是一个交错的神经回路网络。在现代连接组学中，大脑连接通常被编码为节点和边的网络，抽象出局部神经元群的丰富生物细节。然而，网络节点的生物学注释——如基因表达、细胞结构、神经递质受体或内在动力学——可以很容易地测量并覆盖在网络模型上。在这里，我们回顾了如何将连接体表示为注释网络并进行分析。带注释的连接体使我们能够重新定义网络的结构特征，并将大脑区域的连接模式与其潜在的生物学联系起来。新出现的研究表明，带注释的连接体有助于建立更真实的大脑网络形成、神经动力学和疾病传播模型。最后，注释可用于推断全新的区域间关系，并构建补充现有连接体表示的新型网络。总之，生物学注释的连接体提供了一种令人信服的方法来研究与局部生物学特征相一致的神经连接。

2023-12-08

2590

综述：自闭症贝叶斯理论的全面回顾

医疗大健康

摘要：十年前，Pellicano和Burr发表了一篇在自闭症谱系障碍研究中最有影响力的文章，将它们与大脑中异常的贝叶斯推理过程联系起来。他们特别提出，自闭症患者较少受到大脑对环境的先验信念的影响。在这篇系统综述中，我们调查了这一理论是否得到实验证据的支持。为此，我们收集了所有包括诊断组或自闭症特征比较的研究，并根据调查的先验对其进行分类。我们的结果是高度混合的，有轻微多数的研究发现在贝叶斯先验的整合上没有差异。我们发现，在实验过程中形成的先验比之前获得的先验更频繁地表现出降低的影响，各种研究为参与者群体之间的学习差异提供了证据。最后，我们将重点放在纳入研究的方法和计算方面，显示出低统计能力和经常不一致的方法。基于我们的发现，我们提出了未来研究的指导方针。

2023-12-08

3090

意识理论与精神障碍：一项比较分析

医疗大健康

摘要：意识障碍是检验意识理论(ToCs)预测的有效方法。迄今为止，ToCs主要集中在定量意识障碍，如昏迷、植物人状态、空间忽略和偏视。相比之下，精神疾病很少受到关注，使其对意识研究的贡献几乎未被探索。因此，本文旨在评估ToCs与精神疾病之间的关系，即当前ToCs在多大程度上可以解释精神障碍。首先，回顾了将每种ToC与精神疾病联系起来的直接和间接证据。接下来，根据ToCs的理论和方法基础对其进行区分，强调它们如何独特地处理意识经验的神经、认知和现象学，进而处理精神障碍。最后，我将引用一个具体的症状来直接比较Toc的解释力。总的来说，时空意识理论(TTC)似乎为精神疾病提供了一个更全面的解释，表明可能需要一个新的意识维度(即意识形式)来解决意识经验中更多的定性变化。

2023-11-26

2510

Nature：功能神经成像作为整合神经科学的催化剂

医疗大健康

功能性磁共振成像(fMRI)可以非侵入性地记录清醒的、有行为的人类大脑。通过跟踪不同认知和行为状态的全脑信号，或绘制与特定特征或临床状况相关的差异，功能磁共振成像提高了我们对大脑功能及其与正常和非典型行为之间联系的理解。尽管取得了这些进展，但使用功能磁共振成像的人类认知神经科学的进展与神经科学其他子领域的快速进展相对孤立，这些子领域本身也在某种程度上彼此孤立。从这个角度来看，我们认为功能磁共振成像可以很好地整合系统神经科学、认知神经科学、计算神经科学和临床神经科学的不同子领域。我们首先总结了功能磁共振成像作为一种成像工具的优点和缺点，然后重点介绍了在神经科学的每个子领域成功使用功能磁共振成像的研究实例。然后，我们为实现这一综合愿景所需的未来进展提供了路线图。通过这种方式，我们希望展示功能磁共振成像如何帮助开创神经科学跨学科一致性的新时代。

2023-11-26

3800

Nature neuroscience：眶额皮层对纹状体的控制导致了经济决策

医疗大健康

动物必须不断地评估其环境中的刺激，以决定追求哪些机会，在许多情况下，这些决定可以从根本上的经济角度来理解。虽然几个大脑区域单独参与了这些过程，但与这些区域在决策中相关的全脑机制尚不清楚。通过一种大鼠的经济决策任务，我们发现两个连接的大脑区域，即腹外侧眶额皮层（OFC）和背内侧纹状体（DMS）的神经活动是经济决策所必需的。这两个大脑区域的相关神经活动惊人地相似，主要是由决策过程的空间特征决定的。然而，OFC中选择方向的神经编码先于DMS，并且这种时间关系与选择的准确性密切相关。此外，为了进行适当的经济决策，还需要特别开展OFC预测DMS的活动。这些结果表明，OFC中的选择信息被传递到DMS，以引导准确的经济决策。

2023-11-26

4230

Nature neuroscience：精神疾病脑异常的局部、回路和网络异质性

医疗大健康

摘要：典型的病例对照研究往往忽略了精神疾病患者的个体异质性，这种研究依赖于群体均值比较。在此，我们对1294例诊断为6种疾病(注意缺陷/多动障碍、自闭症谱系障碍、双相情感障碍、抑郁症、强迫症和精神分裂症)的患者和1465例匹配对照患者的灰质体积(GMV)异质性进行了全面、多尺度的表征。规范模型表明，个人对区域GMV预期的偏差是高度异质性的，在同一诊断的人群中，影响同一地区的<7%。然而，在多达56%的病例中，这些偏差嵌入在共同的功能电路和网络中。显着-腹侧注意系统与其他系统有选择性地涉及抑郁症、双相情感障碍、精神分裂症和注意缺陷/多动障碍。因此，相同诊断的病例之间的表型差异可能源于特定区域偏差的异质定位，而表型相似性可能归因于共同功能回路和网络的功能障碍。

2023-11-17

5520

大脑和行为个体化模型的精神病学生物标志物识别

医疗大健康

转化神经科学的一个主要目标是识别精神病理学的神经相关因素（“生物标志物”），可用于促进诊断、预后和治疗。这一目标已经导致了对精神病理学症状如何与大规模的大脑系统相关的大量研究。然而，这些努力还没有产生在临床实践中使用的实际生物标志物。这一令人失望的进展的一个原因可能是，许多研究设计关注的重点是增加样本量，而不是在每个个体中收集额外的数据。这一焦点限制了任何一个人的大脑和行为测量的信度和预测效度。由于生物标记物存在于个体的水平上，因此更加关注在个体中验证它们是有必要的。我们认为，从个人内部的大量数据收集中估计出来的个性化模型可以解决这些问题。我们回顾了来自两个迄今为止独立的关于(1)精神病理症状和(2)大脑网络功能磁共振成像测量的个性化模型研究的证据。最后，我们提出了跨两个领域的方法，以改进生物标志物研究。

2023-11-17

2040

支持神经发育障碍诊断和治疗的技术：系统综述

医疗大健康

根据《精神疾病诊断与统计手册》，神经发育障碍(ndd)是一组早期发病的疾病，其特征是各种缺陷，损害个人、学术、社交或职业领域的功能。近年来，ndd成为儿科人群中最常见的诊断之一，其中最常见的诊断是学习障碍，患病率约为8%，发展性语言障碍7%，自闭症谱系障碍(ASD, 2%)，以及注意缺陷多动障碍(ADHD, 2%)。诊断本身可能具有挑战性，因为各种共病在NDD人群中不是例外，而是一种规则。另一个挑战是不同疾病之间一定程度的表型重叠，以及一种具有相同诊断的个体的症状和功能水平差异很大。早期发现ndd非常重要，因为它可以快速干预，改善儿童预后并最大化治疗效果，因为人类生命最初几年的神经可塑性很高。然而，转介进行NDD评估的患者在接受诊断时往往会遇到严重延误。根据最近发表的一项研究，40%的家庭在首次就诊后六个月仍在等待诊断。此外，在加拿大进行的研究表明，从转诊到收到ASD诊断的中位总等待时间为7个月。此外，一旦确诊，家庭往往要处理在开始治疗方面的严重延误和缺乏令人满意的治疗监测。例如，只有20%的图雷特综合症年轻人有机会接受行为抽动治疗，而那些接受治疗的人通常只参加不到建议次数的一半。造成这种情况的原因之一是缺乏训练有素的治疗师，特别是在地理上偏远的地区，以及临床时间不足，无法提供最佳护理实践。因此，为ndd的诊断和治疗确定具有时效性和易于获取的策略的重要性是显而易见的。

2023-11-17

3590

NC：皮层微结构的神经生理特征

医疗大健康

在整个皮层中观察到微结构的系统空间变化。这些微结构梯度反映在神经活动中，可以通过神经生理时间序列捕获。自发的神经生理动力学是如何在整个皮层组织的，以及它们是如何从异质皮层微结构中产生的，目前尚不清楚。在这里，我们通过估计来自静息状态脑磁图(MEG)信号的6800多个时间序列特征，广泛地描绘了整个人脑的区域神经生理动力学。然后，我们将区域时间序列概况映射到一个全面的多模式，多尺度的皮质微结构图谱，包括微观结构，代谢，神经递质受体，细胞类型和层流分化。我们发现神经生理动力学的主导轴反映了信号的功率谱密度和线性相关结构的特征，强调了电磁动力学的常规特征的重要性，同时识别了传统上较少受到关注的附加信息特征。此外，神经生理动力学的空间变化与多种微结构特征共定位，包括基因表达梯度、皮质髓鞘、神经递质受体和转运体、氧和葡萄糖代谢。总的来说，这项工作为研究神经活动的解剖学基础开辟了新的途径。

2023-11-14

3450

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