利用基于扩散模型的深度学习算法增强超结构成像与体积电子显微镜 背景介绍 电子显微镜（Electron Microscopy，简称EM）作为一种高分辨率成像工具，对细胞生物学取得了重大突破。传统的EM技术主要用于二维成像，尽管已经揭示了复杂的纳米级别细胞结构，但在研究三维（3D）结构时存在一定局限性。体积电子显微镜（Volume Electron Microscopy，简称VEM）作为一种更为先进的技术，通过串联切片和断层扫描技术（如透射电子显微镜TEM和扫描电子显微镜SEM）实现了细胞和组织的3D成像，可以提取细胞、组织甚至小模型生物体的纳米级3D结构。 尽管VEM技术突破了传统二维EM的局限性，但其成像速度和质量之间存在固有的权衡关系，导致成像区域和体积的限制。此外，生成各向同性（isot...

基于卷积神经网络（CNN）的图像分割流程用于个体化猫脊髓刺激建模 背景与研究动机 脊髓刺激（Spinal Cord Stimulation, SCS）是一种被广泛应用于慢性疼痛管理的治疗方法。近年来，它也被用于调节神经活动，旨在恢复失去的自主或感知运动功能。个性化的建模和治疗计划是确保SCS安全有效的重要方面。然而，生成所需细节和准确性水平的脊柱模型需要耗时且劳动密集的手工图像分割，由人类专家进行。因此，迫切需要自动化分割算法，以便在数据有限的情况下也能生成高质量的解剖模型。 论文来源 本文由Alessandro Fasse、Taylor Newton、Lucy Liang、Uzoma Agbor、Cecelia Rowland、Niels Kuster、Robert Gaunt、Elvir...

注意引导的图结构学习网络在基于EEG的听觉注意检测中的应用 学术背景 “鸡尾酒会效应”描述了人类大脑在多说话者环境中选择性集中注意力于一个说话者而忽略其他人的能力。然而，对于听力受损者来说，这种情况构成了一个重大挑战。尽管现代听觉假体如助听器和人工耳蜗在减噪方面有效，但它们往往无法区分听者所要关注的信号。听觉注意检测（Auditory Attention Detection，AAD）任务解决此问题的潜力在于，它直接从大脑中提取与注意力相关的信息。神经科学研究表明，非侵入性的神经记录技术，如脑电图（Electroencephalography，EEG），在解码听觉注意方面具有巨大潜力。为了解决EEG信号的解码问题，研究人员开发了各种方法来解释EEG信号，并由此确定注意力，调整助听器性能。 论文...

系统评估欧几里德对齐与深度学习在EEG解码中的应用 背景介绍 脑电图（EEG）信号由于其无创性、便携性和低采集成本，广泛用于脑机接口（BCI）任务。然而，EEG信号存在低信噪比、易受电极位置影响及空间分辨率差等缺点。随着深度学习（DL）技术的进展，该技术在BCI领域表现出色，甚至在某些情况下超过了传统的机器学习方法。然而，DL模型对数据需求量大是其主要障碍。多受试者数据的迁移学习（Transfer Learning， TL）通过共享数据能够更高效地训练DL模型。欧几里得对齐（Euclidean Alignment，EA）因其易用性、低计算复杂度和与DL模型兼容性，逐渐受到关注。但现有研究对EA结合DL的全局和个体模型训练效果评估较少。这篇论文旨在系统性评估EA和DL结合对BCI信号解码训练性...

背景介绍 事件相关电位（Event-Related Potentials，ERPs）的研究提供了关于大脑机制的重要信息，尤其在解释各种心理过程时具有独特优势。在这些研究中，通常在被试执行特定任务时记录多通道脑电图（EEG），根据刺激类型和被试反应将试验分为不同类别，并取各类别试验的平均值计算ERPs。记录头皮表面的ERPs有较好的时间分辨率，但由于体积传导效应，其空间分辨率较低。 解决体积传导问题的一种方法是使用盲源分离（Blind Source Separation，BSS）方法。若BSS方法用在单次试验数据间，其主要目标是更准确地刻画个体ERPs；若BSS方法用在个体ERPs数据间，其主要目标是识别大脑反应的共性特征。然而，目前的大多数BSS算法并不能充分考虑ERPs噪声的复杂特性：空间...

神经电极在慢性植入过程中对小鼠神经功能连接的层依赖性影响 引言 该研究探讨了慢性植入微观电极对小鼠C57BL6野生型小鼠脑内神经功能连接的长期影响。植入脑内的电极能够进行神经信号的记录和电刺激，在脑机接口（Brain-Computer Interface, 简称BCI）系统中有着广泛的应用，如恢复运动控制和感官感知。然而，随着时间的推移，植入电极记录到的信号会逐渐衰退，该退化被认为是“异物反应”（Foreign-Body Response, FBR）造成的。然而，FBR如何具体影响植入周围区域的神经回路功能及其稳定性尚不明确。本研究旨在揭示长期FBR如何改变局部神经回路功能，深入理解其对BCI解码装置的影响。 研究背景与目的 植入神经电极虽然有潜在的应用价值，然而其在记录灵敏度和稳定性上仍存...

GCTNet：基于EEG信号检测重度抑郁症的图卷积Transformer网络 研究背景 重度抑郁症（Major Depressive Disorder, MDD）是一种普遍的精神疾病，其特征是显著且持续的低落情绪，全球约有超过3.5亿人受到影响。MDD是导致自杀的主要原因之一，每年约有80万人因此丧生。当前MDD的诊断主要依赖于患者的自我报告和临床医生的专业判断。然而，诊断过程的主观性可能会导致不同医生之间的一致性较低，从而可能产生不准确的诊断。研究发现，被诊断为MDD的一般医生的正确率仅为47.3%。因此，探索客观可靠的生理指标，并采用有效的方法及时识别MDD，对于促进早期诊断和干预至关重要。 论文来源 本论文由Beijing Advanced Innovation Center for ...

基于高频稳态视觉诱发场的视觉脑机接口 背景介绍 脑机接口（Brain-Computer Interface, BCI）技术通过解码特定的脑活动信号，使用户能够控制机器。尽管侵入性BCI在捕获高质量脑信号方面表现出色，但其应用主要局限于临床环境。而非侵入性方法，如脑电图（Electroencephalography, EEG），则为广泛应用BCI提供了更具可行性的途径。然而，由于脑脊液和颅骨的影响，EEG信号在传播过程中会变得非常微弱，且颅骨的差异性和各向异性导电性让定位EEG信号位置变得更加困难。 磁源成像（Magnetoencephalography, MEG）是一种非侵入性成像脑活动的方法，它在捕捉精细空间信息方面优于EEG。这种优势主要源自磁通量不会像电流那样受到衰减。然而，传统MEG...

帕金森病(Parkinson’s Disease, PD)患者通常会经历步态障碍，这种障碍严重影响他们的生活质量。以往的研究表明，基底神经节的β频率(15-30 Hz)振荡活动可能与步态障碍相关，但这些振荡活动在步态过程中的确切动态信息尚不清楚。此外，已有研究发现音频提示可以改善PD患者的步态运动学，如果能更好地了解这一提示的神经生理机制，则可以通过自适应深部脑刺激(ADBS)技术治疗步态障碍。因此，本研究旨在描绘步态过程中丘脑下核(subthalamic nucleus, STN)振荡活动的动态特征，并探索音频提示调节步态的神经生理机制。 来源和作者信息 本文由Chien-Hung Yeh、Yifan Xu、Wenbin Shi、James J. Fitzgerald、Alexander ...

在神经形态硬件上使用类脑计算原理的学习逆动力学 背景与研究动机 在现代机器人领域中，实现自主人工代理的低延迟神经形态处理系统具有巨大潜力。但目前硬件基础的可变性和低精度对其稳定和可靠性能的实现提出了严峻挑战。为了应对这些挑战，研究者们采用基于大脑启发的计算原理（computational primitives），如三元峰时间依赖可塑性（triplet spike-timing dependent plasticity）、基于基底神经节的去抑制机制以及合作竞争网络，并将这些技术应用于运动控制。 本研究通过展示一个使用混合信号神经形态处理器实现的硬件脉冲神经网络（spiking neural network，SNN）在线学习两关节机器人臂的逆运动学的示例，证明了这一方法的可行性。最终系统能够使用...