Repeated transcranial direct current stimulation (tDCS) in nondepressed reduces levels of reported negative affects from daily stressors
对日常生活压力的负面情绪反应具有累积效应，反过来又对情绪健康和神经认知表现施加了广泛的负面限制（Kalueff：2007cp，Charles：2013eq，Nadler：2010hk）。关键的认知功能，如记忆和解决问题，以及更短期的情绪反应（例如，对金钱奖励或损失的预期和反应）受情绪的影响。这些行为反应的负面影响是在个人层面上感受到的，但它也给现代医疗保健系统带来了重大的经济负担。尽管已经进行了大量的研究来了解抑郁情绪的潜在机制并设计有效的治疗途径，但相对而言，很少有人能够描述保持在健康心理功能范围内的情绪调节。在一项安慰剂对照实验中，我们每天在五个时间点应用前额经颅直流电刺激（tDCS），并发现自我报告的情绪评估有可靠的改善。我们在一项独立的双盲安慰剂对照实验中复制了这一发现，并表明在较短的时间内（3天）进行刺激足以产生可检测的情绪改善。总之，我们的数据表明，重复的双侧前额叶tDCS可以减少非抑郁个体的心理困扰。
2016-02-10 q-bio.NC
Transcranial low-level laser stimulation in near infrared-II region for brain safety and protection
该研究通过13项多维度定量实验验证特定参数下近红外二区经颅光生物调节的安全性与神经保护作用，发现其可降低神经元特异性烯醇化酶水平，无脑结构功能异常及认知损害，为脑部防护提供了新的非侵入性方案潜力。
2024-07-13 q-bio.NC
Multi-objective optimization via evolutionary algorithm (MOVEA) for high-definition transcranial electrical stimulation of the human brain
提出通用计算框架MOVEA，通过帕累托优化解决无预定方向的TES策略非凸优化问题，实现多目标同时优化并生成权衡最优解，全面比较了tACS与tTIS性能，推动了神经调控应用。
2023-04-03 cs.NE q-bio.NC q-bio.QM
Biomagnetic signals recorded during transcranial magnetic stimulation (TMS)-evoked peripheral muscular activity
目的：我们提出了磁肌图（MMG）的TMS诱发的运动在人手，连同同时表面肌电图（EMG）和脑电图（EEG）数据。方法：我们将TMS与TMS诱发的外周肢体肌肉活动的非接触式磁检测相结合，以探索一种新的诊断模式，该模式通过利用磁力测量的技术进步来增强TMS作为临床工具的实用性。我们在一个普通的医院房间里使用一个光泵磁力计（OPM）阵列记录测量结果，该阵列位于一个便携式屏蔽罩内，仅包括受试者的前臂和手。主要结果：记录在MMG中的生物磁信号提供与电信号通道互补的详细空间和时间信息。此外，我们还识别出磁记录中超出EMG的特征。重要性：这些结果验证了MMG记录的可行性与一个紧凑的OPM为基础的设置在小尺寸的磁屏蔽，并提供了一个非接触式数据通道的原理证明，用于检测和分析TMS诱发的肌肉活动从外周肢体。
2020-05-19 eess.SP physics.bio-ph q-bio.NC
Transcranial magnetic stimulation of visual-motion area V5/MT modulates sensory thalamus responses during visual speech recognition
Dresden University of Technology（德累斯顿工业大学）；Basque Center on Cognition, Brain and Language（巴斯克认知、大脑与语言中心）；Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences（马克斯·普朗克人类认知与脑科学研究所）；Ikerbasque, Basque Foundation for Science（伊卡巴斯科，巴斯克科学基金会）；Universitat Internacional de Catalunya, Faculty of Medicine and Health Sciences（加泰罗尼亚国际大学，医学与健康科学学院）
该研究发现对视觉运动区V5/MT施加抑制性TMS会减弱视觉言语识别中LGN的反应调节及V5/MT与LGN的功能连接，证实皮层-丘脑反馈是视觉加工的重要机制。
2026-08-20 q-bio.NC
Personalized Transcranial Electrical Stimulation: A Review of Computational Modeling and Optimization
本综述全面回顾了支持个性化经颅电刺激的计算建模与优化技术，系统考察了正向与逆向建模、头部建模流程及多模态脑数据整合的进展，突出了实现精准神经调控的挑战与未来方向。
2025-11-05 cs.CE cs.NE q-bio.NC
Evaluation of algorithms for correction of transcranial magnetic stimulation induced artifacts in electroencephalograms
经颅磁刺激结合脑电图（TMS-EEG）被广泛用于研究大脑区域的反应性和连通性，用于临床或研究目的。TMS装置的电磁脉冲在施用的瞬间产生大振幅的伪影，其持续时间长达数十毫秒，与大脑活动重叠。已经开发了用于TMS伪影校正的方法，以去除伪影并恢复大脑皮层对磁刺激的潜在的即时反应。在这项研究中，三个这样的算法进行评估。由于掩蔽的大脑活动没有基础事实，因此使用从EEG大脑活动上的孤立TMS伪影的叠加形成的导频数据来评估算法的性能。不同的情况下的TMS-EEG实验被认为是评价：TMS在静息状态下，TMS诱导癫痫样放电和TMS癫痫样放电期间管理。我们表明，建议的间隙填充方法是能够重现定性特征，并在许多情况下非常类似于隐藏的EEG信号。最后，讨论了TMS校正算法和导频数据法的不足。
2018-10-25 q-bio.NC q-bio.QM
Optically-generated focused ultrasound for noninvasive brain stimulation with ultrahigh precision
高精度神经调制是破译神经回路和治疗神经系统疾病的有力工具。目前的非侵入性神经调节方法在毫米级提供有限的精度。在这里，我们报告光学产生的聚焦超声（OFUS）的非侵入性脑刺激与高精度。OFUS是由一种柔软的光声垫（SOAP）产生的，这种光声垫是通过将蜡烛烟灰纳米颗粒嵌入弯曲的聚二甲基硅氧烷膜中制成的。SOAP在15 MHz下产生经颅超声聚焦，其横向分辨率为83 μ m，比传统的经颅聚焦超声（tFUS）小两个数量级。在这里，我们显示了有效的OFUS神经刺激在体外与一个单一的超声周期。我们证明了亚毫米经颅刺激小鼠运动皮层在体内。0.6 mJ/cm^2的声能（比tFUS小4个数量级）足以成功进行OFUS神经刺激。OFUS通过非侵入性地提供高精度聚焦，为神经科学研究和疾病治疗提供了新的能力。
2022-11-03 q-bio.NC
Contrast detection is enhanced by deterministic, high-frequency transcranial alternating current stimulation with triangle and sine waveform
本研究提出确定性高频周期信号可产生类共振效应，通过实验证实80Hz三角波/正弦波tACS可降低视觉对比度检测阈值，效果与tRNS相当，拓展了经颅电刺激的共振机制认知。
2023-09-28 eess.SP q-bio.NC
Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) for patients with Post-Stroke Anomia: Preliminary Data on Picture Naming Performance
Aristotle University of Thessaloniki（萨洛尼卡亚里士多德大学）；University of Ioannina（约阿尼纳大学）；EuroMov Digital Health in Motion, University Montpellier, IMT Mines Ales（欧洲运动数字健康研究所，蒙彼利埃大学，阿尔勒国立高等矿业学院）；Corstim, EuroMov Digital Health in Motion, Montpellier（Corstim，欧洲运动数字健康研究所，蒙彼利埃）；University of Peloponnese（伯罗奔尼撒大学）
本研究评估了tACS对中风后命名障碍患者的效果，通过图片命名任务和单案例实验设计，发现tACS能显著提高患者准确性和速度，且效果在三个月后仍保持稳定。
2026-03-20 eess.SP q-bio.NC
SlicerTMS: Real-Time Visualization of Transcranial Magnetic Stimulation for Mental Health Treatment
本研究提出整合深度学习的SlicerTMS实时可视化系统，0.2秒即可预测电场分布，通过三项研究验证其临床可用性与计算效率，可辅助优化经颅磁刺激的心理健康治疗规划，且已开源。
2024-03-13 cs.GR cs.HC eess.IV
Deep Learning Classification of EEG Responses to Multi-Dimensional Transcranial Electrical Stimulation
Imperial College London（伦敦帝国学院）；King's College London（伦敦国王学院）；UK Dementia Research Institute（英国痴呆症研究所）
本研究利用深度学习对EEG信号进行分类，通过多维经颅电刺激评估意识状态，实现了92%的分类准确率，超越人类水平。
2025-12-23 cs.AI q-bio.NC
Optimal monophasic, asymmetric electric field pulses for selective transcranial magnetic stimulation (TMS) with minimised power and coil heating
针对非对称TMS脉冲能耗过高问题，提出融合神经元激活约束与脉冲非对称控制的优化框架，设计出高能效非对称脉冲，在保持方向选择性的同时大幅降低能耗与线圈发热。
2025-10-11 cs.SY eess.SY q-bio.NC
Statistical-Spatial Model for Motor Potentials Evoked Through Transcranial Magnetic Stimulation for the Development of Closed-Loop Procedures
本文针对TMS闭环方法开发中缺乏真实空间反应模型且实验成本高的问题，提出一个数字孪生式群体模型，可模拟运动诱发电位及个体间/内变异性，支持大规模软件在环测试。
2025-07-04 cs.SY eess.SY q-bio.NC
Temporal interference stimulation for deep brain neuromodulation in humans
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；EPFL Valais, Clinique Romande de Réadaptation（洛桑联邦理工学院瓦莱校区，罗马尼亚康复诊所）；University Hospital Würzburg（维尔茨堡大学医院）；University of Geneva Medical School（日内瓦大学医学院）
经颅时间干扰刺激（tTIS）首次实现了聚焦性非侵入性深部脑电刺激，为深部脑神经调节提供了新的方法和应用前景。
2025-12-16 cs.SY eess.SY q-bio.NC
The role of physiological complexity changes in resting-state EEG in clinical effectiveness of rTMS and tDCS in treatments of resistant depression
目前关于无创性电磁刺激治疗抑郁症（MDD）的可能机制的文献并不丰富。尽管在临床实践中的应用进行了广泛的研究，但确切的效果尚不清楚。我们正在比较我们以前的结果，重复经颅磁刺激（rTMS）和经颅直流电刺激（tDCS）引起的复杂性变化，这是已知的调节神经动力学。此外，我们正在审查与抑郁症相关的复杂性变化的不同生物标志物，以及它们如何随着刺激而变化。TDCS是低强度TES，已知具有极性特异性效应（神经调节效应），并且rTMS通过法拉第定律在组织中诱导电场。电磁刺激的两种非线性模态都可能影响大脑中生理复杂性的水平。我们还比较了脑电图（EEG）和心电图（ECG）的复杂性变化，作为未来治疗结果的潜在预测因素。
2019-03-25 q-bio.NC
Transcranial Focused Ultrasound for Identifying the Neural Substrate of Conscious Perception
本文提出使用经颅聚焦超声（tFUS）技术，以毫米级分辨率安全无创地刺激人类大脑皮层及深层结构，为探索意识知觉的神经基础提供实验路线图。
2025-07-11 q-bio.NC
Predicting Long-Term ADAS-Cog Change From Early Response After Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation in Alzheimer Disease
University of Manitoba（曼尼托巴大学）
本研究基于112名阿尔茨海默病患者的rTMS试验数据，发现早期ADAS-Cog总分反应比领域特异性反应更能预测长期认知变化，岭回归模型MAE为3.067，可作为早期反应更新工具。
2026-10-08 q-bio.NC stat.AP
Ultrasonic Brain Computer Interfaces for Enhancing Human-Machine Cognition
Center for Neuroengineering and Brain Computer Interfaces and Department of Biomedical Engineering, University of Alabama at Birmingham（阿拉巴马大学伯明翰分校神经工程与脑机接口中心及生物医学工程系）；Heersink UAB School of Medicine（希尔斯克UAB医学院）
本文探讨了超声波在下一代超声脑计算机接口中的应用，通过闭环系统和实时反馈优化认知功能，推动双向神经接口的发展。
2026-04-01 q-bio.NC
tACS Facilitates Flickering Driving by Boosting Steady-State Visual Evoked Potentials
经颅交流电刺激（transcranial alternating current stimulation，tACS）在近十年前问世以来，受到越来越多的关注。tACS在调节大脑状态中是一个活跃研究领域，并已被证明在各种神经心理学和临床领域有效。在视觉领域中，许多努力致力于脑节律和节律刺激，即，tACS。然而，很少有人知道的节奏刺激和视觉刺激之间的相互作用。在这里，我们使用稳态视觉诱发电位（SSVEP），诱导闪烁驱动作为一种广泛使用的技术，频率标记，调查的后效tACS在健康人受试者。在20分钟10 Hz tACS给药前后记录了7块64通道脑电图，同时受试者执行了几个SSVEP任务。我们通过比较和验证真实tACS和假tACS中块之间和块内的时间、空间、时空和信噪比（SNR）模式来表征tACS后效的生理特性。我们的结果显示，tACS提高10-Hz SSVEP显着。此外，SSVEP的后效随着时间的推移而减轻，并持续了5分钟。我们的研究结果表明，通过外部节律刺激促进闪烁驱动的可行性，并打开了一个新的可能性，通过非侵入性经颅脑刺激改变大脑状态的方向。
2020-03-29 q-bio.NC
Desynchronizing effect of high-frequency stimulation in a generic cortical network model
经颅电刺激（TCES）和脑深部电刺激（DBS）是两种不同的电流应用于不同的医学领域。两者都具有类似的效率频率依赖性，在100 Hz左右效果最明显。我们应用超阈值电刺激，特别是去极化直流电流，在不同的频率中断，一个简单的模型的人口皮质神经元，使用现象学的描述神经元的Izhikevich和突触连接在一个类似的复杂程度。利用该模型，我们能够再现100Hz附近的最佳去离子效果，并预测去离子效率的全频率依赖性，从而对TCES的作用机理给出可能的解释。
2012-03-21 cond-mat.dis-nn nlin.CD physics.bio-ph
Learning Biophysical Models of Large-Scale Multineuronal Data to Enable Precise Neurostimulation
Stanford University（斯坦福大学）；University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）
研究利用可微生物物理模拟等从细胞外多电极阵列测量数据快速推断霍奇金-赫胥黎模型参数，用于预测神经尖峰反应，以验证方法收集猕猴视网膜数据，准确率达90.6%。
2026-08-11 q-bio.NC
Brain Modeling for Control: A Review
神经刺激技术最近引起了神经科学和控制社区的兴趣，因为它们被证明具有治疗帕金森病和抑郁症等疾病的潜力。所提供的刺激可以是不同类型的，例如电的和光遗传学的，并且通常被施加到大脑的特定区域，以便将局部和/或全局动态驱动到期望的活动状态（不活动状态）。然而，仍然缺乏对神经刺激功效的基本理论理解。从控制理论的角度来看，重要的是要了解每种刺激方式如何与复杂的大脑网络相互作用，以评估系统的可控性，并开发神经生理学相关的计算模型，可用于设计的刺激配置文件在一个闭环的方式。在本文中，我们回顾了（i）脑深部电刺激，（ii）经颅磁刺激，（iii）直流电刺激，（iv）经颅电刺激和（v）光遗传学作为研究和临床环境中最流行的五种神经刺激技术的计算建模研究。对于每种技术，我们将回顾的研究分为（a）理论驱动的生物物理模型，捕获刺激源和神经元组织之间相互作用的低水平物理，（b）数据驱动的刺激-响应模型，其捕获刺激对各种感兴趣的生物标志物的端到端效应，以及驱动的动力系统模型，从神经数据中提取大脑对神经刺激反应的精确动力学。虽然我们的重点是特别是在后一类，由于其更大的效用在控制设计，我们审查的基础和背景下，动力系统模型已经和将要开发的前两类的关键工作。
2022-10-28 cs.SY eess.SY q-bio.NC
Analysis of Transcranial Focused Ultrasound Beam Profile Sensitivity for Neuromodulation of the Human Brain
Objective.虽然超声波主要用于诊断成像和加热治疗，但其在神经调节方面的应用相对较新，尚未得到很好的理解。本研究的目的是调查与聚焦声束和脑组织之间的相互作用相关的问题，以更好地了解经颅超声用于神经调节的可能局限性。Approach.建立了经颅聚焦超声的计算模型，并对实验数据进行了验证。然后逐步扩展模型，以解决和研究与使用超声进行神经调节相关的许多问题。这些包括颅骨几何形状和脑回解剖结构变化的影响，以及跨多个组织和介质层（如头皮、颅骨、CSF和灰质/白质）的传输对超声插入行为的影响。此外，还进行了敏感性分析，以表征颅内组织声学特性的影响。最后，对与设计用于神经调节的超声刺激波形相关的加热进行建模。主要结果。取决于诸如声频的因素，经颅聚焦超声波束的插入行为仅微妙地受下层组织的几何形状和声学特性的影响。意义这些问题对于器械设计的改进和无创神经调节超声方法的整体进步至关重要。
2015-03-06 q-bio.NC q-bio.TO
Spiking input-output relation for general biophysical neuron models
皮质神经元包括许多亚细胞过程，在多个时间尺度上操作，这可能通过与离子通道和离子浓度的非线性和随机相互作用来影响它们对刺激的响应。由于新的过程不断被发现，生物物理神经元模型越来越变得“太复杂而无用”，但“太简单而不现实”。理论神经科学中一个基本的悬而未决的问题是如何解决这个僵局。为了解决这个问题，我们首先定义了“可兴奋神经元模型”的概念。然后，我们解析地推导出这样的神经元模型的输入-输出关系，根据已知的生物物理特性，将输入脉冲序列与输出脉冲联系起来。因此，我们得到封闭形式的平均放电率，所有的二阶统计量（输入-状态-输出相关性和频谱）和构造最佳线性估计的神经元响应和内部状态。这些结果是保证持有，给出了一些通用的假设，任何随机生物物理神经元模型（具有任意数量的缓慢动力学过程）一般稀疏刺激。这个解决方案表明，忽略神经元复杂性的常见简化方法实际上可能是不必要的，甚至在某些情况下是有害的。具体来说，离子通道的随机性和输入的时间稀疏性正是使我们的分析易于处理的原因，使我们能够将慢动力学纳入其中。
2014-04-29 q-bio.NC
Towards tailoring non-invasive brain stimulation using real-time fMRI and Bayesian optimization
非侵入性脑刺激，如经颅交流电刺激（tACS），提供了一个强大的工具，直接调制脑振荡，介导复杂的认知过程。虽然关于tACS对行为和认知表现的影响的证据体不断增长，但这些研究未能解决受试者特异性刺激方案的重要性。通过这项研究，我们为将tACS与最近提出的框架相结合奠定了基础，该框架利用实时fRMI和贝叶斯优化，以便为给定的个体确定最佳的tACS协议。虽然贝叶斯优化与这种情况特别相关，但它的成功取决于两个基本选择：高斯过程先验的协方差核的选择以及指导搜索的采集函数的选择。使用经验（功能性神经成像）以及模拟数据，我们确定了平方指数核和置信上限采集函数最适合我们的问题。这些结果将用于通知我们即将进行的实时实验。
2016-05-04 q-bio.NC
Does TMS increase BOLD activity at the site of stimulation?
经颅磁刺激（TMS）被广泛用于了解神经系统完整受试者的脑功能和治疗各种疾病。然而，TMS在刺激部位的确切神经生理学效应仍然知之甚少。TMS的局部效应可以使用并发TMS-fMRI来研究，这是一种在fMRI扫描期间提供TMS的技术。然而，尽管20多年前开发了同步TMS功能磁共振成像，并且数十项研究使用了这项技术，但对于TMS是否会增加刺激部位的血氧水平依赖性（BOLD）活动仍然没有达成共识。为了解决这个问题，在这里，我们回顾了所有以前的并发TMS功能磁共振成像研究报告分析BOLD活动的目标位置。我们发现的证据表明，TMS增加局部BOLD活动时，刺激初级运动和视觉皮层，但这些影响可能是由TMS的下游后果（手指抽搐和光幻视）。然而，TMS似乎并没有增加BOLD活动的刺激部位以外的主要运动和视觉皮层时，进行休息。我们根据最近在非人类动物中的工作，研究了这种缺乏BOLD信号增加的可能原因。我们认为，目前的证据表明，TMS诱导的神经元放电增加和减少的时期，大多相互抵消，因此导致整体BOLD信号没有变化。
2021-10-26 q-bio.NC
Separation Effect of Early Visual Cortex V1 Under Different Crowding Conditions A TMS Study
视觉拥挤使周围视觉的模式识别变得困难，但这种现象的神经机制仍然不清楚，因为有不同的观点。为了研究不同拥挤条件下V1的分离效果，在右侧V1内施加单脉冲经颅磁刺激。实验设计包括两个因素：TMS强度（光幻视阈值的10%、65%和90%）和拥挤（高和低）条件。精度结果表明，拥挤条件和TMS条件之间有很强的相互作用。当TMS刺激强度低于光幻视阈值时，在高拥挤条件下会感觉到更多的拥挤，而在低拥挤条件下会感觉到更少的拥挤。上述结果表明，TMS刺激可使高、低拥挤状态分离。实验结果支持了拥挤现象与V1有关并发生在视觉编码阶段的假设。
2019-05-24 q-bio.NC
Personalized rTMS for Depression: A Review
个性化治疗在所有医学领域都获得了发展势头。精准医学可以应用于神经调节技术，其中集中的脑刺激治疗，如重复经颅磁刺激（rTMS），用于调节大脑回路和缓解临床症状。rTMS耐受性良好，对难治性抑郁症（TRD）和其他神经精神疾病临床有效。然而，尽管其刺激参数空间很宽（位置、角度、模式、频率和强度可以调整），但rTMS目前以一种一刀切的方式应用，可能导致其临床反应不佳（约50%）。在这篇综述中，我们研究了rTMS的组成部分，可以优化，以解释神经功能和解剖结构的个体间变异。我们讨论了TRD的当前治疗方案，认为是治疗基础的神经机制，FDA批准的器械的差异，靶向策略，刺激参数选择和自适应闭环rTMS，以改善治疗结果。我们认为，更好地了解广泛的和可修改的参数空间的rTMS将大大提高临床结果。
2022-06-27 q-bio.NC
Intramembrane Cavitation as a Predictive Bio-Piezoelectric Mechanism for Ultrasonic Brain Stimulation
低强度超声波可以远程地、非破坏性地兴奋中枢神经系统（CNS）神经元。虽然这种效应的各种应用已经出现，但这种激发的生物物理转导机制仍不清楚。最近，我们提出，超声诱导的双层膜内的膜内空化可能是一系列观察到的声学生物效应的生物力学基础。在本文中，我们表明，在中枢神经系统神经元中，这些纳米双层声载体的超声诱导的空化可以诱导一个复杂的机电相互作用，导致激励，主要是通过膜电容变化引起的电流的影响。我们的模型解释了中枢神经系统声刺激的基本特征，并预测了实验观察到的小鼠运动皮层超声刺激的疗效取决于刺激参数。这些结果支持神经元膜内压电性是超声诱导的神经刺激的基础的假设，并表明神经系统和压力波或扰动之间的其他相互作用可以解释这种新的生物压电转导模式。
2014-01-27 q-bio.NC
The Shift in brain-state induced by tDCS: an EEG study
已知经颅直流电刺激（tDCS）对神经组织具有调节作用，并且具有极性特异性。还表明，tDCS在治疗应用中表现出持久的效果。该研究的主要目的是通过分析EEG记录来检查tDCS对皮层动力学的影响。我们在这里应用的措施，从复发量化分析，平均状态转移（MSS）和状态方差（SV），这是以前用来检测TMS后的脑状态动态变化。研究队列由16例健康受试者组成;所有受试者均接受阳极和阴极tDCS，在同一天分两次单独给药。EEG由10个电极记录，定位在左侧运动皮层上并镜像对应于10/20标准的右侧皮层。从三个记录轨迹（前、后1和后2/刺激前、tDCS后立即和30分钟）中，我们提取了包括500个样本的五个不同间隔（T1-T5）。在计算这些时期的MSS和SV并对显著差异进行统计学检验后，我们对同一时间序列应用主成分分析（PCA）来检查数据是否可分离。结果表明，tDCS对MSS产生极性特异性效应，如阴极刺激后MSS值显著低于阳极刺激后MSS值所示。与阳极刺激相比，阴极刺激影响SV，阳极刺激未导致可检测的变化。我们在这里首次提供了一个信息丰富的PCA可视化的时间效应的tDCS刺激对大脑状态的转变。需要进一步的研究来阐明这种变化可以被检测到多长时间，以及这种现象引起了什么样的神经生物学变化。
2018-12-04 q-bio.NC
A causal role of sensory cortices in behavioral benefits of 'learning by doing'
尽管在实践中越来越多地使用“边做边学”的教学方法，但人们对这些方法如何提高学习效果知之甚少。在这里，我们表明，视觉关联皮层因果地有助于性能的好处，从做的方法学习。这一发现来自于22名年轻人进行的经颅磁刺激（TMS）和手势丰富的外语（L2）词汇学习范例。与假刺激相比，视觉运动皮层的抑制性TMS降低了抽象和具体手势丰富的单词的学习效果。有没有TMS的影响与图片学习的单词。这些结果在两种神经科学学习理论的相反预测之间做出了裁决：虽然基于再激活的理论预测视觉运动皮层在词汇学习结果中没有功能作用，但目前的研究支持预测编码理论观点，即专门的感觉皮层沉淀了基于感觉运动的学习益处。
2019-10-16 q-bio.NC
Deep brain stimulation with a computational model for the cortex-thalamus-basal-ganglia system and network dynamics of neurological disorders
脑深部电刺激（DBS）可以缓解帕金森病（PD）等运动障碍。事实上，已知异常β（13- 30 Hz）振荡和基底神经节-丘脑（BGTH）和皮质中多巴胺能神经元的损失表征PD的运动不能症状。然而，这一过程背后的相关生物物理机制仍不清楚。在现有的纹状体抑制模型的基础上，我们提出了一个扩展的BGTH模型，该模型纳入了中型脊髓神经元（MSN）和快速尖峰中间神经元（FSI）以及DBS的影响。我们在本文中关注的是开环DBS模式，其中刺激参数保持恒定，不受疾病状态变化的影响，参数的修改主要依赖于医学专家的试错。此外，我们提出了一种新的小脑-基底神经节丘脑皮质网络，MSN和FSI的组合模型，并显示了新的结果，表明帕金森氏症的β波段频率范围内的振荡出现从这样一个网络的动态。我们的模型预测，DBS可用于抑制苍白球内侧部（GPi）神经元的β振荡。本研究将有助于我们更好地了解DBS引起的脑活动变化，为今后研究PD提供新的见解。
2021-12-06 q-bio.NC
Relations between large scale brain connectivity and effects of regional stimulation depend on collective dynamical state
在宏观尺度上，大脑作为一个相互连接的神经元群体的网络运行，这些神经元群体显示出支持实际通信的节律动力学。了解特定脑区的刺激如何影响这种协调活动对于获得对脑功能的基本见解和开发神经调节作为治疗工具是重要的。然而，仍然难以预测局灶性刺激的下游效应。具体而言，鲜为人知的是如何集体振荡制度的网络活动可能会影响区域扰动的合作动态的结果。在这里，我们结合连接体数据和生物物理建模，开始填补这些空白。通过调整控制网络集体动力学的参数，我们识别出模拟大脑活动的不同状态，并研究刺激的分布效应如何在不同状态下表现出来。当基线振荡较弱时，受刺激区域表现出增强的功率和频率，并且由于网络相互作用，附近区域在激发频带中发展锁相活动。重要的是，我们发现，局灶性刺激也会导致更多的分布式修改网络的一致性在区域的基线振荡频率，这些影响更好地预测功能，而不是结构连接。相比之下，当网络在更强的内源性振荡机制中运行时，刺激仅引起功率和频率的轻微变化，并且网络平均的相干性变化在刺激区域的选择中更加均匀。总之，这项工作的基础上，并扩展了以前的计算研究调查刺激的影响，并强调，无论是刺激的网站，而且，至关重要的是，大脑网络动态的制度，可以影响网络范围内的反应，局部扰动。
2020-02-12 q-bio.NC
Beta Power May Mediate the Effect of Gamma-TACS on Motor Performance
经颅交流电刺激（transcranial alternating current stimulation，tACS）是运动康复领域的一种重要方法，因为它能够无创地影响任意频率的脑振荡。然而，据报道，tACS在个体之间的效果存在很大差异，这使得tACS成为目前不可靠的治疗工具。这种变化的一个原因是缺乏关于tACS与正在进行的脑振荡的确切方式的知识。本交叉刺激研究对20名健康受试者的γ（70 Hz）tACS对侧运动皮层的交叉频率效应的理解提供了经验证据，这与低（12~-20 Hz）和高（20-~30 Hz）β功率作为γ-tACS对运动性能的介导剂的作用是一致的。
2019-05-01 q-bio.NC
End-to-end semantic segmentation of personalized deep brain structures for non-invasive brain stimulation
Nagoya Institute of Technology（名古屋工业大学）；Suez Canal University（苏伊士运河大学）
脑深部区域的电刺激或调制通常用于治疗几种神经系统疾病的临床程序中。特别地，经颅直流电刺激（tDCS）被广泛用作通过附接到头皮的电极施加的负担得起的临床应用。然而，由于解剖结构的复杂性和受试者间的高度变异性，很难确定不同脑区域中电场（EF）的量和分布。个性化tDCS是一种新兴的临床手术，用于耐受电极导联以实现准确定位。该过程由从诸如MRI的解剖图像生成的计算头部模型引导。通过仿真研究，可以计算分割头部模型中的EF分布。因此，快速，准确，可行的分割不同的大脑结构将导致更好地调整定制的tDCS研究。在这项研究中，提出了一种单编码器多解码器卷积神经网络用于深层脑分割。所提出的架构被训练为使用T1加权MRI分割七个深部脑结构。将网络生成的模型与使用半自动方法构建的参考模型进行比较，并且网络生成的模型呈现出高匹配，特别是在丘脑（Dice系数（DC）= 94.70%）、尾状核（DC = 91.98%）和壳核（DC = 90.31%）结构中。生成模型和参考模型中tDCS期间的电场分布彼此匹配良好，表明其在临床实践中的潜在有用性。
2020-02-13 cs.LG eess.IV q-bio.NC
Modulating task outcome value to mitigate real-world procrastination via noninvasive brain stimulation
Faculty of Psychology, Southwest University（西南大学心理学部）；Key Laboratory of Cognition and Personality, Ministry of Education, China（教育部认知与人格重点实验室）；Experimental Research Center for Medical and Psychological Sciences, School of Psychology, Third Military Medical University（第三军医大学心理学院医学心理科学实验研究中心）；The Clinical Hospital of the Chengdu Brain Science Institute, China（成都脑科学研究所临床医院）；Key Laboratory for Neuroinformation, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu, Sichuan, China（电子科技大学神经信息重点实验室）；School of Psychology, Clark University, Massachusetts, USA（克拉克大学心理学院）；Institute for Psychological Research, Leiden University, Leiden, Netherlands（莱顿大学心理研究所）
本研究通过高频定向经颅直流电刺激（HD-tDCS）调节左背外侧前额叶皮层（DLPFC）功能，发现其能有效降低现实世界中的拖延行为，主要通过增强未来奖励的价值评估来实现，而非单纯减少任务负面感受。
2026-07-28 q-bio.NC
Understanding data analysis aspects of TMS-EEG in clinical study: a mini review and a case study with open dataset
本文通过小型综述和开放数据集案例研究，概述TMS-EEG数据分析方法，并利用iTBS/cTBS刺激DLPFC揭示皮层振荡变化，展示Brainstorm工具处理流程及统计结果。
2024-03-09 q-bio.NC
Embodied negation and levels of concreteness: A TMS Study on German and Italian language processing
从具身认知的角度来看，语言否定可能会阻碍语言加工过程中产生的运动模拟。经颅磁刺激（TMS）应用于左初级运动皮层（手区）的单语意大利和德国的健康参与者在快速串行视觉呈现的句子从自己的语言。在这些语言中，否定词分别位于句首和句尾。这项研究调查是否中断的运动模拟过程，占减少运动诱发电位（MEP），发生类似的两种语言不同的位置上的负标记。不同层次的句子具体性也被操纵，以调查是否否定施加一般化的效果，如果它是受句子的语义特征。我们的研究结果表明，否定作为一个块的运动表征，但独立于语言和文字的具体性水平。
2021-06-08 q-bio.NC
Reliability and validity of TMS-EEG biomarkers
非侵入性脑刺激和神经成像已经彻底改变了人类神经科学，具有多种应用，包括诊断亚型，治疗优化和复发预测。因此，识别将症状与其潜在神经机制联系起来的稳健且具有临床价值的脑生物标志物特别相关。脑生物标志物必须是可再现的（即，具有内部可靠性）并且是可推广的（即，具有外部可靠性）。然而，可靠性（内部和外部）是不够的;生物标志物还必须具有有效性。有效性描述了与潜在神经信号或疾病状态的真实测量的接近程度。我们建议，这两个指标，可靠性和有效性，应进行评估和优化之前，任何生物标志物用于通知治疗决策。在这里，我们讨论这些指标与因果脑连接生物标志物耦合经颅磁刺激（TMS）与脑电图（EEG）。我们讨论了围绕TMS-EEG的争议，这些争议源于多个大的脱靶成分（噪声）和相对较弱的真实大脑反应（信号），不幸的是，人类神经科学经常出现这种情况。我们回顾了TMS-EEG记录的当前状态，其中包括可靠的噪声和不可靠的信号的混合。我们描述了评估TMS-EEG生物标志物的方法，包括如何评估设施，认知状态，大脑网络和疾病的内部和外部可靠性，以及如何使用侵入性神经记录或治疗反应来验证这些生物标志物。我们提供建议，以提高可靠性和有效性，讨论经验教训，并建议该领域的未来发展方向。
2022-07-18 q-bio.NC
Network Controllability in the IFG Relates to Controlled Language Variability and Susceptibility to TMS
在语言产生过程中，人类面临着大量的选词需求。通常，我们必须从相似的、可接受的和竞争性的替代词中选择一个词，以构建一个表达预期含义的句子。近年来，左额下回（LIFG）已被确定为这种能力的关键。尽管最近强调了理解语言的网络方法，但LIFG如何与大脑的复杂网络相互作用以促进受控的语言表现仍然是未知的。在这里，我们采取了一种新的方法来理解单词选择作为大脑中的网络控制过程。使用来自高分辨率扩散谱成像（DSI）的解剖脑网络，我们计算了两个单词选择任务之间的管理LIFG中的经颅磁刺激位点的网络可控性。我们发现，量化的LIFG的理论预测控制难以达到的状态的统计解释的脆弱性TMS的语言任务，不同的响应（认知控制）的要求：开放响应（字生成）与封闭响应（数字命名）的任务。此外，我们发现，量化的LIFG的理论预测控制的通信模块在人类连接体的统计解释TMS引起的变化，在开放式响应语言任务的性能。这些发现建立了网络可控性，认知功能和TMS效应之间的联系。
2018-01-30 q-bio.NC
BrainNet: A Multi-Person Brain-to-Brain Interface for Direct Collaboration Between Brains
我们提出的BrainNet，据我们所知，是第一个多人非侵入性的直接脑对脑的协作解决问题的接口。该接口结合了脑电图（EEG）记录大脑信号和经颅磁刺激（TMS）非侵入性地向大脑传递信息。该界面允许三个人类受试者使用直接的脑对脑通信来协作和解决任务。三个受试者中有两个是“发送者”，他们的大脑信号是使用实时EEG数据分析解码的，以提取关于是否在俄罗斯方块游戏中旋转一个方块的决定，然后再将其丢弃以填充一条线。发送者的决定通过互联网传输到第三个主体的大脑，“接收者”，他看不到游戏屏幕。这些决定通过枕叶皮层的磁刺激传递到接收者的大脑。接收器整合接收到的信息，并使用EEG接口做出关于转动块或将其保持在相同位置的决定。游戏的第二轮给发送者一个机会来验证和提供反馈给接收者的行动。我们评估了BrainNet的性能：（1）游戏过程中的群体水平表现;（2）受试者决策的真/假阳性率;（3）受试者之间的互信息。五组三名受试者成功使用BrainNet执行俄罗斯方块任务，平均准确率为0.813。此外，通过人为地向发送者的信号中注入噪音来改变发送者的信息可靠性，我们发现接收者能够仅根据传输到他们大脑的信息来了解哪个发送者更可靠。我们的研究结果提高了未来脑对脑接口的可能性，这种接口使人类能够使用连接大脑的“社交网络”来合作解决问题。
2019-05-22 cs.HC q-bio.NC
Characterizing TMS-EEG perturbation indexes using signal energy: initial study on Alzheimer's Disease classification
Massachusetts General Hospital（麻省总医院）；Harvard Medical School（哈佛医学院）；University of Ferrara（费拉拉大学）
经颅磁刺激（TMS）结合脑电记录（TMS-EEG）在脑研究，特别是阿尔茨海默病（AD）的研究中显示出巨大的潜力。在这项研究中，我们提出了一个自动的方法来确定的持续时间TMS引起的扰动的EEG信号作为一个潜在的度量反映大脑的功能改变。在阿尔茨海默病（AD）患者中进行了初步研究。提出了表征TMS诱发的脑电（TEP）活动强度和持续时间的三个指标，并研究了它们在识别AD患者和健康对照中的潜力。在我们的分析中使用了17个AD和17个健康对照（HC）的TMS-EEG记录的数据集。随机森林分类算法的训练提取的TEP指标，其性能进行评估，留一个主题的交叉验证。建立的模型在从HC中识别AD患者方面显示了良好的结果，其准确性、敏感性和特异性分别为69.32%、72.23%和66.41%。
2022-04-29 cs.LG eess.SP q-bio.NC
