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[数据分析] 脑电研究:意外事件通过额基底神经节抑制机制中断亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网 [复制链接]

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发表于 2019-8-19 20:29:28 |只看该作者 |倒序浏览
本帖最后由 罗叶双 于 2019-8-19 20:35 编辑

来自爱荷华大学的Jan R. Wessel等人在NatureCommunications杂志发文,探究意外是通过何种机制来中断人们的亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网的。

摘要:? ???

意外事件显着影响人们的行为和亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网,然而其背后的机制却尚未可知。意外事件通过基底神经节的丘脑底核(subthalamic nucleus ,STN)征用一个全脑性的抑制亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网运动活动的神经机制来产生作用。作者测试了这种抑制机制是否延伸到骨骼亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网运动抑制,并且影响亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网(即,言语工作记忆,WM),并记录了在意外中断WM任务中,健康被试的头皮EEG(电生理学)和帕金森患者的STN局部场电位。对于头皮EEG,意外事件的信号成分与在停止-信号任务中表明活动停止的独立神经信号成分相同。征用的程度调节着意外相关WM的减少量。在颅内,STN活动也会在意外后增加,尤其当WM(工作记忆)中断时。这些结果表明,意外中断亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网的机制与中断行为一致,均通过额基底神经节调节。这激发了一种新的神经理论,即亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网是如何被中断的,以及在意外事件之后注意力是如何被分散的。


文献导读:

意外事件经常打断我们正在进行的思维,导致遗忘。然而,这是通过什么机制发生的呢?在这里,作者测试了一个假设,即意外事件需要一套神经系统来广泛抑制正在进行的亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网运动和亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网表征。作者假设:其所需的神经系统与快速亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网运动停止所征用的系统是相同的,作者假设这个系统是一个额基底神经节网络,包含了前辅助亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网运动区、右下额叶皮质和基底神经节的丘脑底核(STN)

为了验证这个假设,作者设计了一个任务,其中WM(工作记忆)的保持偶尔会被意外事件中断(图1a)。在每个试次中,被试将一串辅音编码到WM中(其实就是让被试记住它),在一段时间内保持它,然后用探针进行测试,WM探测之前有一个声音。在80%的试次中,会播放被试在主实验之前就已经熟悉了的标准正弦波声音。然而,在主实验20%的试次中,播放的是令人意外的鸟叫声片段。然后,作者测试了亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网运动停止后激活的神经抑制机制是否可以解释意外事件后WM的失败。这种神经抑制机制的活动可以通过头皮EEG和来自大脑深处结构的局部场电位(LFP)记录来测定。

在头皮上,亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网运动停止由前额-中央慢波EEG信号组成,其时序与停止的速度和成功与否密切相关,其神经信号的释放不依赖于注意力或信号检测过程。此研究的目标是通过比较SST(停止信号任务)中成功和失败的停止试次(每个被试在完成WM任务后进行)来分离这个额-中央成分。作者预测:在WM任务中意外事件会激活同样额-中央EEG信号成分,而且该分量的激活程度与WM抑制程度成比例(即,大脑系统中与意外相关的活动越多,其表明成功抑制亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网运动的同时,WM的抑制也越强)

在颅内,亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网运动停止是通过帕金森病患者深度电极记录的STN(丘脑底核)反映的:STN活动在成功的停止试次中增加。特别地,STN被认为是更广泛的停止系统中的一个关键节点,并且可能负责广泛的亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网运动抑制。STN(丘脑底核)的这种影响可能会扩展到亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网领域,从而中断WM。因此,作者预测WM任务中的意外事件将导致STN活动增加。作者进一步预测,与意外相关的STN活动的增加将对应着更多的WM(工作记忆)失败。



图1 行为任务的细节和结果。

(a)WM任务范式。

(b)停止-信号任务范式。

(c)WM任务行为实验的行为结果。

(d)WM任务头皮EEG实验的行为结果。


方法

被试

行为实验:20名健康被试。

头皮EEG实验:20名健康被试。

颅内STN-LFP实验:7名帕金森病患者。


工作记忆任务? ???

在每个试次中,被试将一串辅音编码到WM中,在一段时间内保持它,然后用探针进行测试,WM探测之前有一个声音。在80%的试次中,会播放被试在主实验之前就已经熟悉了的标准正弦波声音。然而,在主实验20%的试次中,播放的是令人意外的鸟叫声片段。然后测试了亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网运动停止后激活的神经抑制机制是否可以解释意外事件后WM的失败。


信号-停止任务(SST)? ?? ?

首先呈现500ms注视点,然后出现向左或向右的箭头(go-stimulus),被试需尽快尽准的按键。33%的试次中,停止信号(箭头从白色变为红色)出现在go刺激的延迟后 (停止信号延迟,SSD)。SSD(最初200 ms)会动态调整:成功停止后,SSD被延长;失败停止后,被缩短。共6个组块,每个组块50个试次。


头皮脑电记录与预处理:

数据收集采用64导BioSemi设备(思影科技为该品牌中国总代,感兴趣可加微信siyingyxf了解),采样率512赫兹,外加8个电极放置在双侧乳突和眼睛周围,在线参考选择CMS-DRL。采用EEGLAB进行预处理。(详细请点击了解思影科技脑电班):

第五届脑电数据处理入门班(南京)

行为分析:采用配对样本t检验评估试次类型对WM准确性的影响。意外事件量化如下,然后使用配对样本t检验比较正确和错误的意外试次值。



选择亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网运动抑制独立成分:


使用独立成分分析识别SST(信号-停止任务)中成功停止时激活的脑源信号,研究者将其称为“亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网运动抑制独立成分(MS-IC)”锁时在停止信号上的额-中央源水平P3成分是SST中亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网运动抑制过程的一个指标。因此,研究者们从每个被试中选择一个在ERP中表现神经源加工的成分。为此,他们首先在额-中央电极(Fz, FCz, Cz, FC1 and FC2)中选择每个在权值矩阵中具有最大权重的成分。然后将特定通道的成分在停止信号之后500毫秒时间内的数据进行叠加平均,并将此事件相关的平均活动与该时间范围内的整个脑电图数据的事件相关的平均活动进行相关。选择与总体ERP相关性最高的成分作为MS-IC


事件相关频谱扰

采用Hilbert变换计算意外试次和标准试次的ERSP(即,时间-频率响应)的MS-IC(1-50±0.5 Hz,线性)。
EEG单试次GLM分析:

为了研究MS-IC(亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网运动抑制独立成分) ERSP(时间-频率响应)与意外程度、WM(工作记忆)准确性(以及意外与WM交互作用)之间的关系,我们为每个被试构建了单独的GLMs。WM在每一个意外试次中的准确性都被编码为:1表示未命中或错误警报,0表示命中或正确拒绝
EEG信号-试次介导分析:

为了检验声音相关的delta-band MS-IC ERSP是否在意外和WM之间起中介作用,我们对二分结果变量进行了中介分析。为此,我们为每个被试构建了两个逻辑回归模型。在第一个模型中,在每个delta频段(1-4 Hz),将意外建立在每个被试每个采样点与声音相关的MS-IC(亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网运动抑制独立成分) ERSP(时间-频率响应)上。在第二种模型中,单次试次的MS-IC ERSP采用逻辑回归方法,以WM失败(结果变量)为模型。


图2 EEG分析原理图


图3 停止信号任务源水平EEG结果




图4??MS-IC(亚博体育流水--任意三数字加yabo.com直达官网运动抑制独立成分) WM 任务源水平EEG结果



图5 STN组结果


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