主成分空間フィルタリングを用いた機能的近赤外分光法の信号における大域成分と局所成分の分離

Separation of the global and local components in functional near-infrared spectroscopy signals using principal component spatial filtering
X. Zhang, J.A. Noah and J. Hirsch
Neurophotonics,vol. 3, no. 1, 015004, 2016.

機能的近赤外分光法の信号では,タスクに特有ではない大域的な全身性の影響が顕著に現れることがあり,タス ク固有の fNIRS 信号と大域的で非特異的な影響の分離は,波形相関のため困難である.我々は大域的および局所 的な影響を分離するための主成分空間フィルタアルゴリズムについて説明する.アプローチの有効性は,応答パ ターンが十分に確立されている右手指-親指タッピング課題の間に取得された fNIRS 信号を用いて実証される.オ キシヘモグロビン信号とデオキシヘモグロビン信号との間の時間波形および空間パターンの一致性は,fNIRS 信 号の基本的な生理学的基礎およびタスクに関連する期待される活動パターンと一致して,著しく改善される.

第三者の罰による複数脳の接続性:脳波ハイパースキャニング研究

Multiple-Brain Connectivity During Third Party Punishment: an EEG Hyperscanning Study
A. Ciaramidaro, J. Toppi, C. Casper, C. Freitag, M. Siniatchkin and L. Astolfi Scientific reports, vol. 8, no. 1, p.6822, 2018.

“同情は,他者の苦しみに対する特有の感情的反応であり,苦しみを和らげたいという願望を伴う.この利他的行動は,たとえ見知らぬ人であっても,非難された人の行動にペナルティが課される利他的な罰によって明らかにされる.
我々は,2種類の手法を適用することによって,同情が多面的な社会的行動であり,利他的な罰を予測可能であるという実証的証拠を与えた.特に,脳波ハイパースキャニングによる複数脳の接続性の研究によって,第三者の罰(third-party punishment:TPP)実験におけるリアルタイムな社会的相互作用時の同情を調査した.我々は,個人および対人間の行動および心理的な要因と特有の接続パターンの関係を明らかにした.したがって,本稿の結果は,同時計測および複数脳の接続性に基づく生態学研究が複雑な社会現象の分析に適していることを示唆する.”

安静時における感情認識相関の機能的接続

Resting state functional connectivity correlates of emotional awareness
Smith, Ryan and Alkozei, Anna and Bao, Jennifer and Smith, Courtney and Lane, Richard D and Killgore, William DS
NeuroImage, vol.159, pp.99-106, 2017

感情認識尺度(LEAS)によって測定される感情認識(EA)に関連付けられている複数の神経イメージングの研究は多く存在している.LEASは,DMN領域のような概念化とSN領域のような相互作用に関連するニューラルネットワークの領域の活動と関わり,差別化された方法で,自己や他者の感情を適切に認識し,明確にする能力としてのEAの定義と一致している.しかしこれらのネットワーク内でより大きなLEASスコアがより安静状態の機能的接続性(FC)に関連するという仮説はまだ研究されていない.26人の成人(13人の女性)の安静状態におけるfMRIを撮像し,LEASをとった.DMNおよびSNから定義された機能的ROIを使用して,LEASスコアは,汎用インテリジェンス(IQ)の違いを制御していても,これらのネットワークの両方の領域間でFCと有意に正の相関があることがわかった.これらの結果から,より高いEAは,身体的感情およびそれらの感情のより細かい概念化に貢献することができる,相互受容および概念化に基づく処理に関与する脳領域間のより効率的な情報交換に関連し得ることを示唆する.

客観的特性マインドフルネスの動的機能的接続マーカー

Dynamic functional connectivity markers of objective trait mindfulness
Lim, Julian and Teng, James and Patanaik, Amiya and Tandi, Jesisca and Massar, Stijn AA
NeuroImage, vol. 176, pp.193–202, 2018

マインドフルネスは,練習を通して洗練されるスキルとして一般的に見られるが,訓練されていない個人も,性質上のマインドフルネスにおいて幅広く変化する可能性がある.以前の研究では,この特性の静的な神経接続相関が確認されている.ここでは,自然状態変化と客観的に測定された特性マインドフルネスに関連する時間変化する接続パターンを研究するために,安静状態fMRIの動的機能接続性(DFC)分析を使用する.参加者は,高い特性マインドフルネス(HTM; N = 21)および低い特性マインドフルネス(LTM; N = 18)グループを形成するために,数息観タスクの実行者の上および下三分位から選択された.安静状態のfMRIデータのDFC分析は,HTMグループがネットワーク内の接続性が高く,タスクポジティブネットワークとデフォルトモードとの間のより大きな反相関することを特徴付けられたタスク準備に関連した脳状態となるには十分な時間を有することを明らかにした. HTMグループは脳の状態間の遷移頻度が高いが,タスクレディ状態の各エピソードにおける滞留時間は群間で同等であった.これらの結果は,警戒のために管理した後も維持された.個人間では,特定の接続性指標は,FFMQアンケートで測定された自己報告のマインドフルネスと弱く相関してたが,複数の比較の訂正に耐えられなかった.静的な接続性マップでは,HTMの個人はDMNとセイリエンスネットワークでより大きなネットワーク内の接続性を持ち,DMNとタスクポジティブなネットワークとの間には大きな反相関があった.要するに,DFCはHTMおよびLTM個体を強く区別し,性質的なマインドフルネスの測定に有用な生物学的マーカーとなり得る.

マインドフルネス瞑想の基本である注意瞑想の8 週間訓練後の右dlPFC の活動の増加とrPFC の活動の減少

Increases in the right dorsolateral prefrontal cortex and decreases the rostral prefrontal cortex activation after-8 weeks of focused attention based mindfulness meditation
Tomasino, Barbara and Fabbro, Franco Brain and cognition, vol. 102, pp. 46-54, 2016

マインドフルネス瞑想は,注意制御トレーニングの一形態である.トレーニングは,繰り返し注意を集中させる能力を訓練する.はじめに,未経験の被験者群について8 週間のマインドフルネスに適応したの集中瞑想訓練に関連した活性化の変化に取り組んだ.訓練の前後に参加者に対してfMRI 実験が行われたため,厳密にはクロスオーバーデザインではないが,彼らは内部的なコントロールとして機能した.fMRI での実験中,彼らは安静時と比較して呼吸と身体スキャンに注意を向けて訓練した.我々は,自らの休息状態と比較し,呼吸と身体感覚に対する瞑想訓練であるマインドフルネストレーニングの前後における前頭前皮質(PFC)の異なる部分で活性化の増減を見出した.ポストMT(対プレMT)瞑想では,右dlPFC および左尾状核と前島での活性が増加し,吻側PFC および右頭頂部領域での活性が減少した.したがって,短期の注意力訓練は,集中メカニズムを訓練するマインドフルネスの目的と一致して注意の維持や監視すに関与する領域(dlPFC)や注意喚起および体格意識に関与する左尾状核と前島における活性の増加を引き起こした.また,自発的なマインドワンダリングの軽減というマインドフルネスの訓練によって得られる能力と一致して,「デフォルトモード」ネットワークの一部の領域や覚醒に関与する領域(吻側PFC)における活性が減少を引き起こした.

静止状態の機能的接続性データの前処理におけるモーションアーチファクトの制御のためのコンフラウンド回帰およびフィルタリングのための改良されたフレームワーク

An improved framework for confound regression and filtering for control of motion artifact in the preprocessing of resting-state functional connectivity data
Satterthwaite, Theodore D and Elliott, Mark A and Gerraty, Raphael T and Ruparel, Kosha and Loughead, James and Calkins, Monica E and Eickhoff, Simon B and Hakonarson, Hakon and Gur, Ruben C and Gur, Raquel E and others
Neuroimage, Vol. 64, pp.240-256, 2013

大規模で独立したサンプルのいくつかの最近の報告で,静止状態の機能的接続性MRI(rsfc-MRI)にモーションアーチファクトの影響が示されている.標準的なrsfc-MRI前処理は,混合信号の回帰およびバンドパスフィルタリングを含む.しかしながら,これらの技法が研究を通してどのように実施されるかについて多くの不明瞭な点が存在し,先行研究では,運動誘導アーチファクトの制御に対する異なるアプローチの効果を検討できていない.スキャナ内の頭部運動がrsfc-MRIデータにどのように影響するかをより良く理解するために,348人の青少年のサンプルにおける動きアーチファクトの空間的,時間的,およびスペクトル的特徴を説明する.解析手法はボクセル単位で頭部運動を記述するための新規な手法を用いた.次に,動き誘起アーチファクトの制御のための一連の混乱回帰およびフィルタリング技術の有効性を体系的に評価する.結果は動きの制御に対する前処理手順の効果が複数あり,改善された前処理が典型的な手順を超えて実質的な利益をもたらすことを示している.これらの結果は,rsfc-MRIに対する運動の影響が改善された前処理手順によって実質的に減衰され得るが,完全に除去されないことを実証する.

機能的接続性は静的な構造的接続上で複数の時間スケールで動的に変化する:モデルとメカニズム

Functional connectivity dynamically evolves on multiple time-scales over a static structural connectome Models and mechanisms
Cabral, Joana and Kringelbach, Morten L and Deco, Gustavo
NeuroImage, vol. 160, pp. 84-96, 2017

過去10 年間,私たちは脳の構造的および機能的なコネクトームの革命を観察してきた.一方では,脳の白質の構造コネクトームの詳細な特徴的づけがこれまで以上に行われている.他方では,安静中に時間の経過とともに形成され消失する一貫した機能的ネットワークのレパートリーを見つけている.構造的接続と機能的接続との間の明らかな空間的類似性にもかかわらず,異なる時間発展型機能ネットワークが単一の構造ネットワークから自発的に出現することを理解するためには,複雑なネットワークダイナミクスと動的システムの理論の観点から問題を分析する必要がある.その点,ボトムアップ計算モデルは,理論的シナリオをテストし,安静状態のアクティビティの起源におけるメカニズムを描写するのに有用なツールである.ここでは,過去10 年間に提案された様々なメカニズムのシナリオの概要を計算モデルを使用して説明する.重要なことは,候補シナリオのリストを再構成するために,MEG およびFC の動的特性を有するより細かい時間スケールで観察される特性を考慮して,追加のモデル制約を組み込む必要性を強調する.

7日間の瞑想リトリートが瞑想者と非瞑想者の注意タスク中の脳機能に及ぼす効果

Effects of a 7-Day Meditation Retreat on the Brain Function of Meditators and Non-Meditators During an Attention Task
E.H. Kozasa, J.B. Balardin, J. Sato, K. Chaim, S. Lacerda, J. Radvany, L.E. Mello and E. Amaro Jr Frontiers in Human Neuroscience, vol. 12, p.222, 2018.

認知機能の向上技術として瞑想は,健康と脳機能研究の分野で関心が高まっている.Stroop word-color task(SWCT)は認知制御メカニズムの解明のための興味深いパラダイムとして神経イメージング研究に適応されてきた.STWCのパフォーマンスは,瞑想の実践において訓練された注意と刺激制御の両方を必要とする.我々は,MRI装置内でSWCTを提示し,瞑想リトリート前と後の非瞑想者と瞑想者のパフォーマンスを測定した.本研究の目的は,この作業における瞑想者及び非瞑想者に対する7日間の禅集中瞑想訓練(リトリート)がパフォーマンスレベルおよび神経メカニズムに及ぼす影響を評価することである.7日間の禅瞑想のリトリートの前後に,19人の瞑想者と14人の非瞑想者を測定した.リトリート前後のSWCTにおける正答数と応答時間(RT)において瞑想者と非瞑想者の間に有意差は認められなかった.リトリート前の注意の訓練を受けた瞑想者では,SWCT中において,前部帯状回,前頭前野皮質,尾状核,被殻,淡蒼球,側頭葉,島,後部帯状回で非瞑想者と比較して活動は減少した.瞑想リトリート後の非瞑想者はこれらの領域の活性を減少させ,リトリート前の瞑想者と同様になった.この結果は,わずか7日間で集中的に瞑想を訓練することによって非瞑想者の脳の効率が増加したと解釈することができる.一方,瞑想者は同じ訓練の後,これらの領域で活性化の増加を示した.リトリートは,瞑想経験,注意喚起,神経可塑性の違いによって瞑想者と非瞑想者の注意関連領域に明確な効果を示した.

錯視図形における補完に関わる電気生理学的調節:構成,主観的輪郭および閉鎖効果

Electrophysiological modulation in an effort to complete illusory gures: Conguration, illusory contour and closure effects
T. Poscoliero, M. Girelli, E
Brain topography, vol. 31, no. 2, pp. 202-217, 2018.

図形認識プロセス:背景からの粗い構成から意味のある形状の閉鎖まで,ERP技術で調査した.刺激開始からの異なる待ち時間でのERP構成要素は,異なる認知操作が行われる離散的な時点で図形認識プロセスを利用することを可能にした.本研究では,幾何学的図形の認識を連続的に変化させるために錯視によって知覚される図形のsupport-ratio(SR)を操作する2つの実験を提示する.第1の実験では,SRを変化させるために3つの形状が使用され,P1成分(80-130ms)は,上部および下部視野間の不均衡な物理的刺激を伴って部分的に説明された構成効果によって変調された.第2の実験では,1つの形状を使用し,弁別課題で体系的にSRを変化させた. N1(130-180 ms)とN2(230-270 ms)は,N1で表されるIC効果とN2で表される閉鎖効果の2つの効果によって変調され,2つの効果は大きなSRとより簡単な判別に関して,SRが小さく判別がより難しいときにより大きくなる.これらの結果は,視覚的なシーン(構成効果)の粗い解析から,錯視的な境界線(IC効果)の組立まで,有意義な形状(クロージャー効果)の最終的な組み立てまで,図形認識が進行したことを示した.

デフォルトネットワークの活動とより良い警戒タスクのパフォーマンスの関連

Default Network Activity Is Associated with Better Performance in a Vigilance Task
Carsten Bogler, Alexander Vowinkel, Paul Zhutovsky and John-Dylan Haynes
Frontiers in human neuroscience, vol.11, no.623, 2017

長時間にわたって注意を払う必要がある場合,パフォーマンスはゆっくりと変動し,エラーが発生する可能性がある.注意の欠如は前頭葉および頭頂葉のBOLD シグナルと相関することが示されている.これは,注意の変動がどのようにfronto-parietal default network にリンクしているかという疑問を提起する.注意状態がゆっくりと変動することから,注意揺らぎと脳活動との間の潜在的なつながりは,より長い時間スケールで,タスクの実行前にも観察可能であることが期待される.本研究では,fMRI を使用して,注意喚起と相関する脳活動を同定した.これは,持続的な注意喚起の間の反応時間(RT)の変動として定義される.被験者が比較的長いRT を有する場合,visual cortex,parietal lobe(PL),inferior and superior frontal gyrus,and supplementary motor area(SMA) における脳活動はより高い結果が得られた.私たちの期待とは対照的に,被験者が比較的短いRT を有するとき,デフォルトネットワーク(DN)における活性は高かった.これは,その区間においてパフォーマンス改善されたことを意味する.このDN の変調は,タスク実行の数秒前にすでに存在していたため,単純な反復タスクでパフォーマンスが向上する潜在的な原因として,DN のアクティビティを示した.