ЭЭГ

Интерфейсы «мозг-компьютер» (ИМК) открывают большие перспективы для восстановления коммуникации у людей с тяжёлыми двигательными или речевыми нарушениями. Воображаемое письмо, как форма двигательного воображения, предлагает интуитивную парадигму для нейронного декодирования на уровне символов. Хотя инвазивные методы, такие как электрокортикография (ЭКоГ), обеспечивают высокую точность декодирования, их хирургические требования создают клинические риски и затрудняют масштабируемость. Неинвазивные альтернативы, такие как электроэнцефалография (ЭЭГ), более безопасны и доступны, но страдают от низкого отношения сигнал/шум и пространственного разрешения, что ограничивает их эффективность при декодировании с высоким разрешением. Передовое машинное обучение в сочетании с извлечением информативных признаков может преодолеть эти ограничения, обеспечивая производительность декодирования на основе ЭЭГ, приближающуюся к инвазивным методам, при этом поддерживая вывод в реальном времени на периферийных устройствах. Была представлена первая, работающая в реальном времени, высокоточная система для декодирования воображаемого текста из неинвазивных сигналов ЭЭГ. Данные ЭЭГ были собраны у 15 участников с использованием 32-канального головного шлема и предварительно обработаны с помощью полосовой фильтрации и реконструкции подпространства артефактов (ASR). Мы извлекли 85 признаков временной области, частотной области и графических признаков, затем применили выбор признаков на основе коэффициента корреляции Пирсона для уменьшения задержки при сохранении точности. Мы разработали гибридную архитектуру EEdGeNet, которая объединяет временную сверточную сеть (TCN) с многослойным персептроном (MLP), обученную на извлеченных признаках и развернутую на NVIDIA Jetson TX2 для вывода в режиме реального времени. Система достигла признаков, модель продемонстрировала минимальную потерю точности < 1%, при этом достигнув 4,51-кратного снижения точности (89,83% ± 0,19%) с задержкой вывода 914,18 мс на символ. Выбор только десяти ключевых значений привел к задержке вывода (202,62 мс) по сравнению с полным набором из 85 признаков. Эти результаты показывают, что неинвазивная ЭЭГ в сочетании с эффективным дизайном признаков и моделей может обеспечить точное нейронное декодирование в режиме реального времени на маломощных периферийных устройствах, открывая путь для создания практичных портативных интерфейсов BCI.

Создан неинвазивный интерфейс «мозг — компьютер», дополненный искусственным интеллектом, который позволяет пользователям управлять роботизированной рукой или курсором с большей точностью и скоростью. Система преобразует сигналы мозга, полученные с помощью ЭЭГ, в команды для управления движением, а камера с искусственным интеллектом интерпретирует намерения пользователя в режиме реального времени.

https://neurosciencenews.com/ai-bci-movement-neurotech-29649/

Пение отца может оказывать большее влияние на мозг недоношенных детей, чем пение матери. В статье журнала PLOS представлен протокол одногруппового поискового исследования, посвященного изучению влияния пения на мозговую активность недоношенных детей в отделении интенсивной терапии новорожденных (ОИТН). Исследование направлено на изучение того, как дифференциация голосов, определяемая основной частотой (F0), которая зависит от биологического пола и родства, влияет на нейрофизиологические реакции, измеряемые с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ). Недоношенные дети, которые очень чувствительны к слуховым раздражителям, могут получать пользу от музыкальных стимулов. Однако мы мало знаем о том, как различия в голосах мужчин и женщин, ухаживающих за детьми, и о том, связаны ли они биологически, влияют на активность мозга. В нашем протоколе описывается структурированное занятие, на котором дети слушают пение четырёх специалистов — мужчины и женщины, музыкальных терапевтов, матери и отца. Занятие состоит из двух этапов: исполнение одной ноты и колыбельной, перемежающихся паузами для проведения базовых измерений. Записи ЭЭГ отслеживают активность мозга во время этих сеансов, после чего проводится количественный анализ ЭЭГ (кЭЭГ) и тщательные статистические вычисления (например, модели со смешанными эффектами, спектральный анализ мощности и апостериорные тесты), чтобы изучить, как эти слуховые стимулы влияют на работу мозга. Предварительные данные, полученные от пяти младенцев, показывают, что пение матери вызывает наибольшую дельта-спектральную мощность во всех измеренных условиях, кроме «колыбельной», где наибольшую эффективность вызывает пение отца, за которым следует пение мужчины-музыкотерапевта, а затем матери. Эти предварительные результаты указывают на потенциальное влияние голосов родителей, особенно отцов, на развитие мозга новорождённых.

https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0328211

Новое исследование показало, что способность детей понимать эмоции развивается благодаря когнитивному сдвигу в возрасте от 5 до 10 лет. В то время как дети младшего возраста воспринимают эмоциональные выражения инстинктивно, с помощью визуальных подсказок, дети постарше всё больше полагаются на концептуальные знания, чтобы уловить нюансы эмоций. ЭЭГ, словесные задания и поведенческие эксперименты доказали, что, хотя восприятие остаётся стабильным, с возрастом эмоциональная сложность и категоризация усиливаются. Этот переход от «видения» к «пониманию» отражает то, как опыт и обучение влияют на эмоциональное развитие.

Короткий дневной сон, особенно глубокий сон фазы N2, может значительно улучшить способность решать проблемы. Участники, у которых был глубокий сон фазы N2, с гораздо большей вероятностью находили скрытый способ решения задачи после дневного сна. Данные ЭЭГ показали, что более крутой спектральный наклон во время сна, указывающий на более глубокий отдых, был связан с этими моментами озарения. Полученные результаты дают первые нейробиологические подсказки о том, почему короткий сон может помочь мозгу устанавливать невидимые связи.

Наше исследование описывает влияние сенсорной тетанизации на нейрофизиологические и поведенческие показатели у людей, связывая клеточные исследования долгосрочной потенциации с мозговыми процессами высокого уровня. Быстрому (каждые 75 мс) предъявлению чистого тона (1020 Гц, 50 мс) в течение 2 минут предшествовали и следовали странные блоки, содержащие тот же стимул, представленный как девиантный (вероятность 5–10%), перемежающийся со стандартным (80–90%). и девиантные тона (5–10%) соседних частот (1000 и 980 Гц соответственно). Компонент несоответствия негативности (ММН) в ответ на тетанизированный тон (1020 Гц), хотя и был аналогичен ММН для нететанизированного тона до тетанизации, стал больше, чем после тетанизации, что указывает на усиление корковой дифференциации этих тонов. Однако эта дифференциация частично была обусловлена снижением MMN после тетанизации для тонов, близких к тетанизированной частоте, что указывает на влияние латерального торможения на этот эффект. Хотя MMN коррелировал с различимостью тонов при выполнении психофизических задач, улучшение поведения после тетанизации не было статистически обнаружено. В заключение следует отметить, что кратковременная слуховая тетанизация влияет на корковую репрезентацию тонов, которые не ограничиваются тетанизированными стимулами.

Изучение мю-ритма при нарушениях развития имеет решающее значение для выявления причин двигательных и социальных нарушений. Однако широко используемый экспериментальный протокол мю-ритма, требующий следования инструкциям, является сложным для детей с двигательными и когнитивными нарушениями. Здесь мы представляем инклюзивную экспериментальную процедуру, которая включает пассивное движение рук, наблюдение за закрытыми и открытыми глазами и движениями рук, а также изучаем свойства мю-ритма ЭЭГ, полученного в этой парадигме у 51 типично развивающегося ребенка и взрослого в возрасте от 4 до 31 года. Независимый компонентный анализ (ICA) использовался для разделения компонентов затылочного альфа- и мю-ритма и показал лучшую эффективность, чем поканальный анализ. Выявленные компоненты ВСА мю-ритма локализовались над левой и правой сенсомоторной корой, демонстрируя подавление как пассивного движения руки, так и наблюдения за движением руки, а также отсутствие разницы в мощности при закрытых и открытых глазах. Межполушарных различий не наблюдалось. Компоненты альфа-ритма ВСА локализуются в затылочных областях и демонстрируют характерное для состояния открытого глаза угнетение. Частота мю-ритма пикового подавления пассивного движения рук, а также степень подавления увеличивались с возрастом. Активность мю-ритма бета-диапазона, будучи менее выраженной, также подавлялась как при пассивном движении руки, так и при наблюдении за движением руки, причем в меньшей степени, чем альфа-диапазон мю при пассивном движении руки. Таким образом, мы подтвердили классические свойства мю-ритма и впервые показали траекторию развития свойств мю-ритма, полученных при пассивном движении руки. Предлагаемый экспериментальный протокол и конвейер могут быть использованы в дальнейшем при изучении мю-ритма в сложных популяциях.

Спонтанная ЭЭГ содержит важную информацию о свойствах нейронных сетей, которая ценна для понимания различных неврологических и психиатрических состояний. Синдром Ретта (RTT) — редкое нарушение нервного развития, вызванное мутацией гена MECP2. РТТ характеризуется тяжелыми двигательными нарушениями, препятствующими адекватной оценке когнитивных функций. Здесь мы исследуем параметры ЭЭГ, полученные в условиях отсутствия зрительного входа из 28-канальной системы у 23 пациентов с синдромом Ретта и 38 их типично развивающихся сверстников в возрасте от 3 до 17 лет. Подтверждая предыдущие результаты, RTT показал увеличение лобно-центральной тета-мощности (4–6,25 Гц), что коррелирует с прогрессированием заболевания. Мощность альфа-сигнала (6,75–11,75 Гц) во многих регионах, напротив, снизилась в RTT, что также соответствует общему фоновому замедлению, о котором сообщалось ранее. Среди новых результатов мы обнаружили увеличение мощности гамма-излучения (31–39,5 Гц) на лобных, центральных и височных электродах, что указывает на повышенное соотношение возбуждения/торможения. Долгосрочная временная корреляция, измеренная с помощью анализа колебаний без тренда в диапазоне 6–13 Гц, также была увеличена, что указывает на более предсказуемый характер колебаний в RTT. Общие измеренные параметры ЭЭГ позволяют дифференцировать группы с высокой точностью, значение ROC AUC составляет 0,92±0,08, что указывает на клиническую значимость.

Синдром Потоцкого-Лупского (СПТЛС) — редкое заболевание, связанное с дупликацией 17p11.2, которое может лежать в основе широкого спектра врожденных аномалий и гетерогенных поведенческих фенотипов. Наряду с задержкой развития и умственной отсталостью, часто сообщается, что аутистические черты являются наиболее распространенными среди пациентов с PTLS. Чтобы внести свой вклад в обсуждение роли расстройства аутистического спектра (РАС) в фенотипе PTLS, мы представляем случай девочки-подростка с dup(17) de novo (p11.2p11.2) без особенностей РАС, уделяя особое внимание -углубленные клинические, поведенческие и электрофизиологические (ЭЭГ) оценки. Среди особенностей ЭЭГ мы обнаружили атипичные пик-медленные волны и уникальную пилообразную острую волну частотой 13 Гц, которая ранее не была описана ни у одного другого пациента. Спектральная плотность мощности ЭЭГ в состоянии покоя была типичной для нашего пациента только со значениями нелинейной динамики ЭЭГ: сложность Хьорта и фрактальная размерность были резко снижены по сравнению с нейротипичными сверстниками пациента. Здесь мы также суммируем результаты ранее опубликованных отчетов о PTLS, которые указывают на примерно 21% случаев РАС при PTLS, которые могут быть необъективными, принимая во внимание методологические ограничения. Среди пациентов с PTLS более стабильными были умственная отсталость и речевые и языковые расстройства.

Паралингвистические особенности, такие как просодия (темп, громкость и тембр), являются важным маркером эмоционального состояния говорящего. Аномальная обработка эмоциональной просодии может привести к нарушению социального поведения, связанному с расстройством аутистического спектра (РАС).

Метод
В нашем исследовании приняли участие две группы детей: группу РАС составили 30 дошкольников от 4 до 6 лет и 24 типично развивающихся (ТР) сверстников. Электроэнцефалограмму (ЭЭГ) регистрировали в ответ на сочетание произнесенных слогов со следующими видами эмоциональной просодии: радость, гнев, печаль, страх и спокойствие.

Полученные результаты
Дети с РАС и ТД показали схожую колебательную реакцию ЭЭГ на просодии страха и гнева. Достоверные групповые различия в спектральной плотности мощности (СПМ) были обнаружены для грустных и радостных интонаций. Различия PSD между парами интонаций, такими как радостная и грустная, грустная и нейтральная или радостная и нейтральная, были достоверно выше в контрольной группе, чем в группе с РАС. ЭЭГ-ответы на аффективную просодию также продемонстрировали меньшую асимметрию полушарий в группе с РАС, чем в группе TD.

Выводы
Наши результаты показывают, что трудности в распознавании эмоциональной просодии у детей с аутизмом могут быть основаны на атипичной обработке специфических акустических особенностей, кодирующих различия между грустными, нейтральными и радостными интонациями, и могут лежать в основе дефицита эмоционального восприятия у людей с РАС.

Целью данной работы было изучение восстановления сознания при принудительном пробуждении от медленноволнового сна (МЗС) и сна с быстрыми движениями глаз (БДГ) у здоровых добровольцев. Для отслеживания изменения степени осознания стимулов при переходе к бодрствованию анализировались событийно-связанные потенциалы (СПП) и двигательные реакции (МР) в слуховой локально-глобальной парадигме. Результаты показывают, что при пробуждении как от медленного сна, так и от быстрого сна, сначала на ЭЭГ восстанавливается альфа-активность, и только через 20 и 25 с (для пробуждения быстрого сна и быстрого сна соответственно) после начала альфа-резонанса МР к целевым стимулам восстанавливается. Во время быстрого пробуждения альфа-ритм, МР и сознательное осознание стимулов восстанавливаются быстрее, чем во время пробуждения SWS. Причем предвнимательная обработка локальных нарушений возникает раньше, еще до возникновения альфа-ритма, тогда как при пробуждении СВС локальный эффект мы регистрировали только после восстановления альфа-ритма. Реакция P300 как на глобальные, так и на локальные нарушения была обнаружена только при восстановлении точной МР. Таким образом, появления в ЭЭГ преобладающей альфа-активности недостаточно ни для осознанного осознания внешних раздражителей, ни для формирования МР на них. Эта работа может помочь понять патофизиологию нарушений сна, а также состояний, характеризующихся диссоциацией поведения и различных аспектов сознания.

В экспериментах по наблюдению и выполнению социальных жестов уровень подавления мю-ритма связан с активностью системы зеркальных нейронов (ЗНС), отвечающей за восприятие и понимание невербальных сигналов в социальном общении. В свою очередь, хотя активность МНС может быть связана прежде всего с эмпатией, она также связана с другими психологическими и демографическими факторами, влияющими на эффективность корковых нейронных сетей. В данном исследовании мы проверили влияние эмпатии, уровня состояния и личностной тревожности, наличия и количества детей, а также возраста на уровень мю-супрессии у 40 женщин. Использовалась 32-канальная ЭЭГ, регистрируемая во время наблюдения, и синхронное выполнение различных движений рук. Для декомпозиции и выделения левополушарного компонента мю-ритма использовали метод ICA infomax. Мю-супрессия была выше у женщин с одним ребенком, с более высоким уровнем эмпатии и с более низким уровнем тревожности. Возможно, активность MNS сильнее у женщин во время родительской опеки.

Орфографические ошибки встречаются во всех системах письменности. Большинство исследований орфографических ошибок были сосредоточены на фонологической правдоподобности ошибок. Однако, в отличие от типичных псевдоомофонов, орфографические ошибки встречаются в естественном письменном языке. Мы исследовали динамику распознавания наиболее частых орфографических ошибок в русском языке (ошибка в безударной гласной в корне) и влияние частотности слов на этот процесс. Во время регистрации событийных потенциалов (ERP) 26 носителей русского языка молча читали высокочастотные правильно написанные слова, низкочастотные правильно написанные слова, высокочастотные слова с ошибками и низкочастотные слова с ошибками. Амплитуда Р200 была более положительной для правильно написанных слов, чем для слов с ошибками, и не зависела от частоты слов. Кроме того, во временном окне 350–500 мс мы обнаружили более негативную реакцию на слова с ошибками, чем на правильно написанные слова в теменно-височно-затылочной области независимо от частоты слов. Рассматривая наши результаты в контексте модели двойного маршрута, мы пришли к выводу, что распознавание высокочастотных и низкочастотных слов с ошибками включает в себя общие орфографические и фонологические процессы, связанные с компонентами P200 и N400, такие как обработка орфографии всего слова и активация фонологических представлений соответственно. . Однако на этапе 500-700 мс (связанном в нашем исследовании с лексико-семантическим доступом) распознавание ошибок зависит от частоты слов. Одним из возможных объяснений этих различий может быть то, что на этапе 500-700 мс распознавание высокочастотных слов с ошибками и правильно написанных слов переходит от фонологических к орфографическим процессам, тогда как низкочастотные слова с ошибками сопровождаются более длительной фонологической активацией. Мы полагаем, что эти процессы могут быть связаны с различными компонентами ERP P300 и N400, что отражает временное перекрытие между процессами категоризации, основанными на орфографических свойствах для высокочастотных слов, и фонологическими процессами для низкочастотных слов. Таким образом, наши результаты дополняют существующие модели чтения и демонстрируют, что нейронные основы распознавания орфографических ошибок во время чтения могут зависеть от частоты слов.

Целью этого исследования было изучение поведенческих и нейронных коррелятов распознавания эмоций по лицу у молодых женщин с субсиндромальным паническим расстройством (СПР). В эксперименте 15 женщинам с ШРЛ, не получавшим лекарств, и 17 здоровым людям из контрольной группы было поручено распознавать гневные, испуганные, счастливые и нейтральные выражения лица, а также регистрировали точность, время реакции (RT) и потенциалы, связанные с событиями (ERP). Существенных межгрупповых различий в поведенческих характеристиках (точность распознавания эмоций и RT) не обнаружено, однако испытуемые СПД продемонстрировали более медленную реакцию на выражения страха по сравнению с нейтральными и счастливыми выражениями. Более отчетливые различия между группами наблюдались по EPR. У испытуемых СПД наблюдалось увеличение амплитуды компонента P100 ERP в затылочной области и компонента P200 в затылочной и височной областях. В лобных областях в группе СПД наблюдалась большая амплитуда компонента N200, а также повышенная негативность через 350–450 мс после предъявления стимула. Согласно данным моделирования дипольного источника, у испытуемых с СПД наблюдалась повышенная активация экстрастриарной коры, интенсивность которой возрастала при предъявлении сердитых и испуганных лиц. Таким образом, у молодых женщин с ШРЛ, которые проявлялись нечастыми паническими атаками, наблюдались значительные изменения в характеристиках ERP эмоциональной обработки, которые можно рассматривать как более чувствительный индикатор ранней стадии панического расстройства, чем наблюдаемые поведенческие показатели.

SHANK3 кодирует каркасный белок, регулирующий плотность постсинаптических рецепторов в глутаматергических синапсах, в том числе в тормозных PV+-нейронах — ключевых игроках в образовании сенсорных гамма-колебаний, таких как слуховой индуцированный слуховой ответ на частоте 40 Гц (ASSR). Однако этот ответ не изучался в связи с функционированием SHANK3. Сотрудники лаборатории высшей нервной деятельности человека представили 15-летнюю девочку (SH01) с ранее не зарегистрированной дупликацией первых семи экзонов гена SHANK3 (22q13.33). Её электроэнцефалограммы, полученные во время серий щелчков частотой 40 Гц и длительностью 500 мс, бинаурально представленных с интервалами между пробами 500–800 мс, сравнивались с таковыми у типично развивающихся детей (n = 32). У этой девочки были диагностированы легкая умственная отсталость и неспособность к обучению (F70.88), дисграфия, дислексия и меньший словарный запас, чем у типично развивающихся (TD) сверстников. Ее клинический фенотип напоминал фенотип ранее описанных пациентов с микродупликациями 22q13.33 (на данный момент зарегистрировано около 30). Кроме того, у неё также были легкие симптомы аутизма, но ниже порога для диагностики РАС и микроцефалии. Никаких судорог или отклонений на МРТ не зарегистрировано. В то время как SH01 имела относительно сохраненный вызванный слуховой потенциал со слегка ослабленным компонентом P1, её ASSR на частоте 40 Гц полностью отсутствовала, что значительно отличалось от ASSR у контрольной группы. Подобное отсутствие у пациентов с микродупликацией, затрагивающей ген SHANK3, указывает на недостаточное временное разрешение слуховой системы, что может лежать в основе языковых проблем и представлять собой нейрофизиологический биомаркер аномалий SHANK3.