ワーキングメモリタスク中の前頭前部血行動態におけるタスク能力と学習スタイルの役割の探索

Exploring the role of task performance and learning style on prefrontal hemodynamics during a working memory task
A.A. Anderson, K. Parsa, S. Geiger, R. Zaragoza, R. Kermanian, H. Miguel, H. Dashtestani, F.A. Chowdhry, E. Smith, S. Aram
PloS one 13(6), 2018

“既存の文献は, 作業記憶(WM)タスク中の前頭前野(PFC)における活性の質および位置を概説している. しかし, WMタスクの根底にある神経処理における個人差の影響は依然として不明である. 本機能的近赤外分光法の研究では, タスクの能力と好ましい学習方法(VARK スコア)の影響を考慮しながら, PFC の活性を調べるための視覚および聴覚n-back タスクを実施した. 年齢をコントロールしながら,高い能力(HP)の被験者(精度>90%)は,普通の能力(NP)の被験者と比較して, PFC 領域のタスク依存性の低い活性を示した. 特に, HP 群は, 聴覚タスク中は左DLPFC, 視覚タスク中は右DLPFC においてより低い活性を示した. 学習方法を考慮した後, 視覚と聴覚のVARK スコアとPFC の活性レベルとの間に相関があることがわかった. 視覚VARK スコアが高い被験者は, 聴覚タスク中の左DLPFC の活性化が低く, 視覚スコアの高い被験者は, 視覚タスク中の両DLPFC の活性が高かった. 聴覚タスクの実行中, HP 被験者は,NP の被験者と比較して視覚VARK スコアが高く, 学習のスタイルがタスク能力および活性に及ぼす影響を示した. この研究の結果は, 学習スタイルとタスク能力がPFC の活性化に影響を及ぼし, 学習スタイルの神経学的影響や聴覚または視覚処理の欠損を伴う人々への応用を示している.”

機能的接続ダイナミクスの統計的テストに向けて

Towards a statistical test for functional connectivity dynamics
Zalesky, Andrew and Breakspear, Michael
Neuroimage, Vol. 114, 466-470, 2015.

“スライディングウィンドウ相関は,時間分解された安静状態の機能的接続性をマッピングするための新しい方法である.Leonardi とVan De Ville は,偽の接続性の変動(誤検出)を回避するため,BOLD 信号を構成する最長波長を超えるウィンドウ長を選択することを推奨した.通常、100 秒以内と仮定された.この論文では,この経験則をさらに統計的にサポートしている.しかし,偽陽性のわずかな制御を維持しながら,非常に短いウィンドウ長(-40s) で機能的な接続性の非定常な変動を理論的に検出できることを示している.統計力は,Leonardi とVan DeVille の経験則に基づいて選択されたウィンドウ長に対して,最も近いことがわかる.さらに,機能的接続性の非定常変動を特定するための数学的な基礎を築き,Leonardi とVan De Ville の研究が基づいている正弦波モデルの限界を指摘した.特に,我々の分析結果は,統計的なテストと同様に共分散に関連するが,機能的な接続性は,相関関係を使用してより一般的に測定される.”

視覚的補完の神経処理の初期段階および後期段階の注意変調

Attentional modulations of the early and later stages of the neural processing of visual completion
Wu X., Zhou L., Qian C., Gan L., Zhang D.
Scientic reports, 5, 8346, 2015

“物体に属する視覚情報が広く分離されている場合であっても,脳は容易に物体を認識し,輪郭の断片がギャップによって分離されているにもかかわらず輪郭が知覚されるKanizsa 型錯視輪郭(IC)により実証される.このような大規模な視覚的補完は,以前から懐疑的であると考えられていたが,トップダウンの影響への依存は不明である.ここでは,IC に応答した神経活動に対する空間的注意とタスクの関連性による別々の変調を報告する.側頭後頭皮質に局在するIC 感受性事象関連電位は,初期処理段階(刺激発症後130-166ms)で空間的注意によって調節され,さらに後の処理段階(234-290ms)で作業関連性によって調節された.これらの結果は,IC の神経処理に対するトップダウンの注意の影響を示すだけでなく,IC 処理の様々な段階で生じる注意変調の特性を解明する.”

自然的観察条件下における機能的結合の個人差

Individual differences in functional connectivity during naturalistic viewing conditions
Vanderwal, Tamara and Eilbott, Jeffrey and Finn, Emily S and Craddock, R Cameron and Turnbull, Adam and Castellanos, F Xavier NeuroImage, vol.157, pp.521-530, 2017

映画などの自然な観察条件なパラダイムは,fMRIスキャン中のタスクフリーのレストと比較して,被験者の頭の動きを低減し,覚醒を改善し,機能的な結合と刺激誘発性のBOLD信号変化を研究するために使用されている.これらのタスクベースの血行力学的変化は被験者間で同期し,大脳皮質の大部分を含み,そのような自然条件下では機能的結合性の個人差が増強されるか減少するかは不明である.この研究は,2つの異なる映画の条件と開眼状態のレスト(n=31の健常成人,それぞれ2回のスキャン・セッション)にわたって,機能的結合(FC)の変動に基づくBOLD信号を特徴付けることを目指している.我々は,映画がレストと比較してクラスターワイズFCにおいて被験者内および被験者間の相関が高いことを見出した.個人間の変動性の解剖学的分布は,条件によって類似していたが,外側前頭前葉および側頭頂接合部でより高い変動性が生じた.次に,FCパターンに基づいてグループ内の個々の被験者を識別し,3つの条件でアルゴリズムの精度を定量化する教師なし試験-再テスト一致アルゴリズムを使用した.映画とレスト状態はすべて,61%と100%の間の精度で,FCマトリックスに基づいて個々の主題の識別を可能にした.全体として,映画を含むペアリングは残りのパフォーマンスを上回り,社会的で速いペースの映画は100%の精度を達成した.パーセル化分解能、スキャン時間、使用されたエッジの数が増加すると,精度は条件全体で改善され,映画>レストのパターンは保存された.これらの結果は,映画などの動的な刺激を使用することで,個々のレベルでユニークなFCパターンの検出が強化されることを示唆している.

初心者における単一セッションマインドフルネス瞑想とFp-HEG ニューロフィードバックの注意効果の比較

A Comparison of the Attentional Effects of Single-Session Mindfulness Meditation and Fp-HEG Neurofeedback in Novices
Lai, Constantine and MacNeil, Benjamin and Frewen, Paul Mindfulness, vol.6, no.5, pp.1021-1020, 2015

注意力機能を強化し,前頭葉の脳血流(Fp-HEG)を増加させるためのFp-HEG神経フィードバック(NFB)に対するマインドフルネス瞑想(MM)の有効性は研究されていない.さらに,MM中の注意力を評価する手段はほとんどない.したがって本研究では,被験者をMM(n = 23),NFB(n = 26),または受動的計数後方コントロール条件(n = 21)にランダムに割り振り,前頭極において前処置のベースラインの間,15分間の介入(MM,NFB,またはコントロール)のそれぞれと,その後の注意ネットワークテスト(ANT)の実行中のFp-HEGを計測した.瞑想呼吸注意スコア(MBAS)は,MM中に呼吸に注意を向ける能力(すなわち,マインドワンダリングから離れる能力)の個人差の尺度としてMM群で評価され,同様のCounting Backward Attention Score(CBAS)を計数コントロール群で評価した.ベースラインと比較してFp-HEGは,グループ間で有意差がなく,介入中およびANT実施中に減少した.NFBの被験者はコントロール群と比較してANTの正確度が改善され,MMはNFBまたはコントロールと変わらないことを立証した.ANT中の正確度の増加は,グループ間のFp-HEGの増加と相関していた.MM群内では,MBASの増加はまたANTの正確度の向上およびANTのより遅い方向付けとも関連していた.CBASはMBASよりもわずかに高かった.これは,呼吸感覚に注意を向けるよりも後退計数に注意を向けるほうが簡単だった可能性があることを示している.私たちはFp-HEGの単一のセッションが注意を向上させるのに有効であるのに対し,MMの利点は複数のセッションを必要とする可能性があると結論づける.また瞑想中のマインドフルな集中は,一般的な注意力と関連している可能性があると推測する.より多い被験者における繰り返しおよび縦方向の拡張が必要である.

静止状態のfMRIデータからの脳における機能サブユニットのグラフ理論に基づく分割

Graph-theory based parcellation of functional subunits in the brain from resting-state fMRI data
Shen, Xilin and Papademetris, Xenophon and Constable, R Todd Neuroimage, vol.183, pp. 1027-1035, 2010

安静状態のfMRI は,自発的な変動の下で脳機能ネットワークを検査する方法を提供する.脳を機能的サブユニットに分割するために休止状態のBOLD データを使用することを提案している多くの研究がある.本研究では,2 つの最先端のグラフベースの分割手法を提示し,安静状態のfMRI を用いた脳ネットワークRoI の問題への適用を調査する.正規化されたカット法(Ncut)とモジュラリティ検出アルゴリズムの2 つのアプローチも,ガウス混合モデル(GMM)アプローチと比較される.本研究では,Ncut アプローチがモジュラリティ検出アプローチよりも一貫して優れており,fMRI データのGMM アプローチよりも優れていることを示した.安静状態のfMRIデータを43 人の健康な被験者を用いて,Ncut アルゴリズムを使用していくつかの異なる皮質領域をパーセル化した.休止状態のfMRI に基づく機能的サブユニットのグループ単位の描写は,2 つのタスクベースのfMRI 研究(18 人の被験者と20 人の被験者を有するもの)の分割結果と一致した.この知見は,安静状態のfMRI を用いた大脳皮質の全脳の分割化が可能であり,Ncut アルゴリズムがこの課題に対して適切な技術を提供することを示唆している.

瞑想はPVT における注意を鋭敏に改善し,睡眠の必要性を減少させる可能性がある

Meditation acutely improves psychomotor vigilance, and may decrease sleep need
Kaul, Prashant and Passaume, Jason and Sargent, R Craig and O’Hara, Bruce F
Behavioral and brain Functions, vol. 6, No. 1, pp. 47, 2010

“【背景】様々な伝統を習得している人が,瞑想におけるメリットの多くについて主張している.しかし,科学的に管理された研究では十分にテストされていない.これらの主張の中には,改善されたパフォーマンスと睡眠の必要性が減少している.したがって,本研究では,妥当性が確認されたPVT において,瞑想が即時のパフォーマンス改善につながるかどうか,第2 に,より長い瞑想で睡眠の必要性が変わるかどうかを評価する.
【方法】最初の研究では,被験者内のクロスオーバ設計を用いて40 分の瞑想,昼寝,またはコントロール活動の前後のPVT 反応時間を評価した.この研究では,現在大学生(n = 10)である初心者の瞑想者を利用した.初心者の瞑想師は,瞑想,昼寝,またはコントロール活動を6 日間に分けて行い(各条件ごとに2 日間の別々の日),別の日の夜に1 泊分の睡眠不足と40 分間の瞑想を完了した.第2 の研究では,長期の経験豊富な瞑想者(n = 7)対非瞑想者(n = 23)の睡眠時間を調べた.熟練した瞑想者および対照は,研究の時にインドのデリー地域に居住しており,また合致させた年齢および性別であった.どちらのグループも睡眠と瞑想の時間をモニタリングしながら正常な活動を続けた.
【結果】初心者の瞑想者は,各活動の前と各活動の10 分後および1 時間後にPVT で試験した.全ての10 人の初心者の瞑想者は,瞑想の期間の直後にPVT 反応時間を改善し,1 つを除くすべてが昼寝直後に悪化した.睡眠不足は,PVT のベースライン反応時間(RT)がより遅くなり,依然として瞑想期間後に有意に改善した.経験豊富な熟練者の実験では,睡眠記録とアクティグラフィーの両方を用いて睡眠時間を測定した.これらの被験者における睡眠持続時間は,対照非瞑想者および一般的な母集団基準よりも低く,PVT スコアの明らかな減少はなかった.
【結論】これらの結果は,初心者の瞑想者であっても,少なくとも短期間のパフォーマンス改善をもたらすことを示唆している.長期の瞑想では,瞑想に費やされた多くの時間は,年齢と性別が一致した瞑想していない対照と比較して,総睡眠時間の有意な減少と関連している.瞑想が実際に睡眠の一部を置き換えることができるのか,睡眠の利益をもたらすのかは,さらに検討されている.”

重み付けされたフーリエ・バースト累算による手ブレ除去

Removing Camera Shake via Weighted Fourier Burst Accumulation
Mauricio Delbracio and Guillermo Sapiro IEEE Transactions on Image Processing, Vol.24, No.11, pp.3293-3307, 2015

“最近の多くのアプローチでは,1つまたは複数の入力画像を用いて手ブレによる画像ぼけの除去を試みるが,これは逆および良設定デコンボリューション問題を明示的に解決することによって行われる.撮影者が現在のほぼすべてのデジタルカメラで使用できる連射機能により撮影すると,撮影した画像を組み合わせてきれいなシャープバージョンを得ることが可能であることが示されている.これは,ブラー推定およびその後の逆問題を解くことなく行われる.提案するアルゴリズムは非常に簡単である.フーリエ領域で加重平均を行い,フーリエスペクトルの大きさに応じた重み付けを行う.この方法は,生理学的な手ブレに動機付けされ,理論的に支持された加重平均をフーリエ領域で行う,整列および平均手順の一般化として見ることができる.この方法の原理は手ブレがランダムな性質を有するため,連続した各画像は一般に異なる方法でぼやけている.実際のカメラデータを用いた実験と広範な比較により,提案されたフーリエバースト累算アルゴリズムは,カメラ付き携帯電話上でのオンボード実装のためのシンプルさと最先端の結果を1桁高速に達成することが示される.
最後に,実際の高ダイナミックレンジ(HDR:high dynamic range)シーンでの実験も行い,その方法をHDR撮影に直接拡張する方法を示す.”

拡大 BLI 内視鏡による早期胃癌の微細構造可視化の改良:拡大 NBI との比較

Magnifying Endoscopy with Blue Laser Imaging Improves the Microstructure Visualization in Early Gastric Cancer : Comparison of Magnifying Endoscopy with Narrow Band Imaging
Reiko Kimura-Tsuchiya, Osamu Dohi, Yasuko Fujita, Nobuaki Yagi, Atsushi Majima, Yusuke Horii, Tomoko Kitaichi, Yuriko Onozawa, Kentaro Suzuki, Akira Tomie, Tetsuya Okayama, Naohisa Yoshida, Kazuhiro Ka- mada, Kazuhiro Katada, Kazuhiko Uchiyama, Takeshi Ishikawa, Tomohisa Takagi, Osamu Handa, Hideyuki Konishi, Mitsuo Kishimoto, Yuji Naito, Akio Yanagisawa, Yoshito Itoh
Gastroenterology Research and Practice, 30 Aug 2017

背景:早期胃癌診断のための BLI を用いた拡大内視鏡検査は,NBI を用いた拡大内視鏡検査と等しく効果的で ある.しかし,BLI 拡大観察と NBI 拡大観察における早期胃癌のミクロ構造での可視化は異なる.本研究では, 拡大 NBI 観察と拡大 BLI 観察で微細構造の所見が異なる早期胃癌の病理学的特徴を明らかにすることを目的とし た.
手法:微小血管構築像の分類によると,早期胃癌は A 群(BLI 拡大では不規則な微小表面パターン(MSP)およ び拡大 NBI では absent な MSP),B(両方の内視鏡で不規則な MSP),または C(両方の内視鏡で absent な MSP)に分類できる.我々は,これら 3 つの群の間での早期胃癌の病理学的特徴を比較した.
結果:A 群,B 群,C 群それぞれで 17 例,4 例,5 例の病変を詳細に評価できた.腺窩の浅い高分化型腺癌は,B 群よりも A 群でより高頻度に現れた(58.8 および 0 %).A 群の腺窩の深さの平均は B 群の平均より有意に浅い 事がわかった(56 ± 20 , 265 ± 64 μ m, P=0.0002).
結論:拡大 BLI 観察は,拡大 NBI 観察と比較して浅い腺窩を有する微細構造をよりよく視覚化することが可能で あることがわかった.したがって拡大 BLI 観察は,浅い腺窩を有する早期胃癌をより正確に診断可能である.

気晴らしと仕事の関与:運転パフォーマンスと主観的および生理的反応にどのように興味深い情報,退屈な情報が影響するか

Distraction and task engagement: How interesting and boring information impact driving performance and subjective and physiological responses
William J.Horrey, Mary F.Lesch, Angela Garabet, LucindaSimmons, Rammohan Maikala
Applied ergonomics, Volume.58, pp.342–348, 2017

より多くのデバイスとサービスが車両に統合されるにつれ,ドライバーは運転中に追加のタスクを実行する新たな機会に直面する.多くの研究が運転実績に対するさまざまなタスク要求の有害な影響を調査してきたが,個人の関心や投資の面で様々なタスクに注力することはほとんどなかった.この研究の目的は,運転のパフォーマンス,パフォーマンスと作業負荷の主観的な評価,および様々な生理学的測定に,タスクエンゲージメントの影響を探ることとした.この研究では,31人の参加者(平均37歳)が運転シミュレータで退屈な音を聞く,興味深い音を聞く,聴覚的な材料なしで運転することの3つの運転条件を提示した.運転者は,近赤外分光法,心拍モニタリングおよび眼球追跡システムを用いて同時計測された.運転者は,両方の聴覚状態のためのレーンキープおよびヘッドウェイメンテナンスの変動が少ない.しかし,重要なブレーキングイベントに対する応答時間は,興味深い音を聞く状態ではより長くなった.また,ドライバーは興味深い音が客観的に難易度にマッチしていたにもかかわらず,それほど複雑ではないと感じました.興味深い音を聞いた時,ベースラインおよび退屈な条件と比較して,ドライバーは脳の酸素化ヘモグロビンの濃度低下を示したが,この物質に対する優れた反応を示した.安全性の観点からの実際的な影響について議論する.