Дисертації з теми "Brain encoding"
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Bruguier, Antoine Jean Quartz Steven Quartz Steven Bossaerts Peter L. "Encoding of financial signals in the human brain /." Diss., Pasadena, Calif. : Caltech, 2008. http://resolver.caltech.edu/CaltechETD:etd-10262007-140735.
Treue, Stefan. "Encoding surfaces from motion in the primate visual system." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 1992. http://hdl.handle.net/1721.1/12930.
Zhang, Suyi. "Encoding and decoding of pain relief in the human brain." Thesis, University of Cambridge, 2019. https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/286332.
Fellner, Marie-Christin [Verfasser]. "Unraveling brain oscillatory correlates of memory encoding / Marie-Christin Fellner." Konstanz : Bibliothek der Universität Konstanz, 2015. http://d-nb.info/1110772386/34.
Howland, Brian G. "Episodic memory, integrative processing, and memory-contingent brain activity during encoding." [Gainesville, Fla.] : University of Florida, 2005. http://purl.fcla.edu/fcla/etd/UFE0011629.
Gruber, M. J. "The role of prestimulus brain activity in long-term memory encoding." Thesis, University College London (University of London), 2011. http://discovery.ucl.ac.uk/1333224/.
Costa, Faidella Jordi. "Regularity encoding in the auditory brain as revealed by human evoked potentials." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2011. http://hdl.handle.net/10803/78918.
La codificació de regularitats acústiques està associada amb la reducció de la resposta neuronal a l’estimulació repetida, essent la base de la representació dels objectes auditius al cervell. La present tesi doctoral inclou dos estudis que exploren els correlats neuronals de la codificació de regularitats acústiques al sistema auditiu humà, mitjançant l’anàlisi dels potencials evocats auditius. L’objectiu del primer estudi, realitzat al Grup de Recerca en Neurociència Cognitiva de la Facultat de Psicologia de la Universitat de Barcelona (UB) i sota la supervisió directa del Dr. Carles Escera, va ser el d’explorar les dinàmiques d’adaptació dels potencials evocats auditius a estímuls probabilístics en una complexa seqüència de sons. El resultat principal d’aquest estudi va ser la demostració de que l’amplitud dels potencials evocats auditius s’adapta a la historia complexa d’estimulació amb diferents constants temporals simultàniament: s’adapta més ràpidament a probabilitats d’estimulació locals que globals. Aquest estudi també va mostrar que l’amplitud dels potencials evocats auditius correlaciona amb l’expectància d’un estímul definida com a una combinació de probabilitats locals i globals d’estimulació. L’objectiu del segon estudi, realitzat al Institute of Child Health (ICH), de l’University College of London (UCL), sota la supervision directa del Dr. Torsten Baldeweg, va ser el d’explorar la influència de la predictabilitat temporal en l’adaptació de l’activitat neuronal a estímuls probabilístics. El resultat principal d’aquest estudi va ser la demostració que la predictabilitat temporal intensifica la modulació de l’amplitud dels potencials evocats auditius a la repetició dels estímuls, essent esencial pels efectes que la repetició exerceix en etapes primerenques de la jerarquía de processament auditiu.
Recasens, Fusté Marc. "Source localization of deviance detection and regularity encoding in the auditory brain." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2014. http://hdl.handle.net/10803/396286.
Our auditory system is continuously encoding acoustic regularities and comparing them with incoming sensory inputs. Novel sounds or acoustic changes must be detected fast in an automatic and unconscious fashion, thus allowing for the reallocation of attentional resources and the proper adjustment of our behaviour. The present thesis encloses three studies that employ Magnetoencephalography and source localization of auditory evoked fields as generated in oddball paradigms to assess the neural correlates of deviance detection and regularity encoding in early stages of the human auditory system. The first study, conducted at the Cognitive Neuroscience Research Group (University of Barcelona), shows distinct neuronal generators involved in the encoding of novel sounds in early and late time intervals; as respectively indexed by Middle Latency-Responses (MLR) evoked between 20 and 50 milliseconds after sound onset, and the later Mismatch component (MMN) generated between 100 and 250 milliseconds. The second study, conducted at the Institut fur Biomagnetismus & Biosignalanalys (University of Munster), shows that deviant acoustic features involving different levels of complexity are processed in distinct time ranges and generated in separated neuronal sources, thus suggesting a hierarchical organization of deviance detection and regularity encoding. The third study, conducted in the Cognitive Neuroscience Research Group using a roving-standard paradigm, indicates that neural repetition-related suppression and repetition enhancement underlie auditory memory trace formation, and that neural generators involved in this process are located in both auditory and non-auditory high-order regions. In sum, results from this thesis suggest that auditory perception is based on a hierarchically organized sensory system whose goal is to predict future events on the basis of previously encoded regularities.
Elexpuru-Camiruaga, Jose Antonio. "Susceptibility to brain tumours : role of polymorphism at loci encoding detoxifying enzymes." Thesis, Keele University, 1996. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.336995.
Benavides, Amanda Michelle. "Early neurodevelopmental outcomes in preterm infants: memory, attention, & encoding speed." Diss., University of Iowa, 2017. https://ir.uiowa.edu/etd/5415.
Persson, Jonas. "Brain activity associated with episodic memory : similarities and differences between encoding and retrieval." Doctoral thesis, Umeå universitet, Institutionen för psykologi, 2002. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:umu:diva-141602.
digitalisering@umu.se
Oh, Hyuntaek. "Brain encoding of saltatory velocity-scaled somatosensory array in glabrous hand among neurotypical adults." Thesis, The University of Nebraska - Lincoln, 2016. http://pqdtopen.proquest.com/#viewpdf?dispub=10173006.
Neurons in human somatosensory cortex are somatotopically organized, with sensation from the lower limbs mediated by neurons near the midline of the brain, whereas sensations from the upper body, hands and orofacial surfaces are mediated by neurons located more laterally in a sequential map. Neurons in Brodmann's area (BA) 3b are exquisitely sensitive to tactile stimulation of these skin surfaces. Moreover, the location, velocity and direction of tactile stimuli on the skin's surface are discriminable features of somatosensory processing, however their role in fine motor control and passive detection are poorly understood in health, and as a neurotherapeutic agent in sensorimotor rehabilitation. To better understand the representation and processing of dynamic saltatory tactile arrays in the human somatosensory cortex, high resolution functional magnetic resonance (fMRI) is utilized to delineate neural networks involved in processing these complex somatosensory events to the glabrous surface of the hand.
The principal goal of this dissertation is to map the relation between a dynamic saltatory pneumatic stimulus array delivered at 3 different velocities on the glabrous hand and the evoked blood-oxygen level-dependent (BOLD) brain response, hypothesized to involve a network consisting of primary and secondary somatosensory cortices (S1 and S2), insular cortex, posterior parietal cortex (PPC), and cerebellar nuclei. A random-balanced block design with fMRI will be used to record the BOLD response in healthy right-handed adults. Development of precise stimulus velocities, rapid rise-fall transitions, salient amplitude, is expected to optimize the BOLD response.
Wirkner, Janine [Verfasser]. "Modulating emotional memories: Influence of stress and interference learning on brain potentials during encoding and retrieval / Janine Wirkner." Greifswald : Universitätsbibliothek Greifswald, 2017. http://d-nb.info/1128436787/34.
Cecchetto, Claudia. "Neuronal Population Encoding of Sensory Information in the Rat Barrel Cortex: Local Field Potential Recording and Characterization by an Innovative High-Resolution Brain-Chip Interface." Doctoral thesis, Università degli studi di Padova, 2016. http://hdl.handle.net/11577/3424482.
Le reti neuronali sono alla base della codifica dell'informazione cerebrale. L'obiettivo principale dello studio delle popolazioni neuronali è quello di caratterizzare la relazione tra uno stimolo e la risposta individuale o globale dei neuroni e di studiare il rapporto tra le varie attività elettriche dei neuroni appartenenti ad una particolare rete, comprendendo anche come la topologia e la connettività della rete neuronale influiscano sulla loro funzionalità. Fino ad oggi, molte tecniche sono state sviluppate per studiare questi sistemi complessi: studi a singola cellula mirano a studiare singoli neuroni e le loro connessioni con un numero limitato di altre cellule; sul lato opposto, approcci su larga scala e a bassa risoluzione, come la risonanza magnetica funzionale o l'elettroencefalogramma, registrano segnali elettrofisiologici generati nel cervello da vaste popolazioni di cellule. Più recentemente, sono state sviluppate tecniche di registrazione multisito che mirano ad abbattere le limitazioni dei precedenti approcci, rendendo possibile la misurazione ad alta risoluzione di segnali generati da grandi ensamble neuronali e da diverse regioni del cervello simultaneamente, ad esempio mediante l'uso di chip impiantabili a semiconduttore. I potenziali di campo locali (LFP) catturano processi sinaptici chiave che non possono essere estratti dall'attività di spiking di qualche neurone isolato. Numerosi studi hanno utilizzato gli LFP per studiare i meccanismi corticali coinvolti nei processi sensoriali, motori e cognitivi, come la memoria e la percezione. Gli LFP rappresentano anche dei segnali interessanti nell'ambito delle applicazioni neuroprotesiche e per monitorare l'attività cerebrale negli esseri umani, dal momento che possono essere registrati più stabilmente e facilmente in impianti cronici rispetto agli spike neuronali. In questo studio, sono riportati dei profili LFP registrati dalla barrel cortex di ratto tramite chip ad ago ad alta risoluzione basati su tecnologia CMOS e confrontati con quelli ottenuti tramite elettrodi convenzionali in Ag/AgCl inseriti in micropipette di vetro, strumenti comunemente usati in elettrofisiologia. La barrel cortex di ratto è un esempio ben noto di mapping topografico, nel quale ogni baffo sul muso dell'animale è mappato in una specifica area corticale, chiamata barrel. La barrel cortex contiene la rappresentazione sensoriale dei baffi dell'animale e rappresenta uno dei primi stadi di elaborazione dell'informazione tattile, insieme al ganglio del trigemino e al talamo. Essa è un'area di primaria importanza per lo studio del funzionamento della corteccia cerebrale, visto che le colonne corticali che formano i blocchi di base della neocorteccia possono essere visualizzati facilmente all'interno della barrel cortex. La barrel cortex inoltre è utilizzata come sistema di test in numerose metodologie innovative, grazie alla sua struttura unica ed istantaneamente identificabile, e grazie anche al fatto che le specie dotate di barrel, i roditori, sono gli animali da laboratorio più comuni. La barrel cortex e le sue interconnessioni neuronali sono stati oggetto delle ricerche più disparate in questi ultimi decenni. Attualmente, alcuni studi (come questo) non mirano solamente a comprendere meglio la barrel cortex, ma anche ad analizzare problematiche in campi scientifici collegati, utilizzando la barrel cortex come modello base. In questo lavoro, sono stati evocati segnali LFP nella barrel cortex tramite deflessioni ripetute dei baffi dell'animale, realizzate in modo controllato tramite un sistema di deflessione piezoelettrica a closed-loop innescato da un sistema di acquisizione LabView. Le risposte evocate generate nella barrel dalla stimolazione ripetuta dei baffi presentano elevata variabilità nella forma e nelle latenze temporali. Inoltre, il tipo di anestesia utilizzata può influenzare profondamente il profilo della risposta evocata. Questo studio riporta i risultati preliminari sulla variabilità della risposta neuronale e sull'effetto di due anestetici di uso comune su questi segnali, confrontando le distribuzioni delle risposte evocate in ratti anestetizzati con tiletamina-xylazina (il quale agisce prevalentemente sui recettori eccitatori di tipo NMDA) e uretano (che agisce in modo più bilanciato e complesso su entrambi i sistemi eccitatori ed inibitori, preservando la plasticità sinaptica). Sono state analizzate e discusse alcune caratteristiche rappresentative del segnale evocato (ad esempio, le latenze temporali e l'ampiezza degli eventi), registrato a varie profondità corticali. Per tutte le prondità corticali acquisite, sono state stimate le distribuzioni statistiche di tali parametri, in modo da valutare la variabilità degli LFP evocati dalle stimolazioni meccaniche individuali delle vibrisse del ratto lungo l'intera colonna corticale. I primi risultati presentano una grande variabilità nelle risposte corticali, sia in latenza che in ampiezza. Inoltre, è stata riscontrata una differenza significativa nella latenza del primo picco principale delle risposte evocate: gli LFP evocati in animali anestetizzati con tiletamina-xylazina presentavano una latenza più lunga di quelli registrati in ratti anestetizzati con uretano. Inoltre, le distribuzioni dei parametri analizzati erano più strette e piccate in uretano, in corrispondenza di tutte le profondità corticali. Questo comportamento è sicuramente da attribuire al differente meccanismo d'azione dei due anestetici su specifici recettori sinaptici, e quindi nell'elaborazione e nella trasmissione dell'informazione sensoriale lungo tutto il percorso corticale. E' stato inoltre discusso il ruolo della attività basale nella modulazione della risposta evocata. A questo proposito, è stata registrata l'attività spontanea in corrispondenza dei vari layer corticali ed analizzata nel contesto statistico delle 'valanghe neuronali'. Una valanga neuronale è una cascata di attività elettrica in una rete neuronale, la cui distribuzione statistica dei parametri principali (dimensione e vita media) può essere approssimata da una legge di potenza. La distribuzione delle dimensioni di una valanga in una rete neuronale segue una legge di potenza del tipo P(s)=s^-a, con a=1.5. Tale esponente è un riflesso delle correlazioni spaziali a lungo raggio nell'attività neuronale spontanea. Dal momento che i picchi negativi (nLFPs) nelle tracce elettrofisiologiche originano dalla somma di potenziali d'azione sincronizzati generati da neuroni posti nelle vicinanze dell'elettrodo di registrazione, ci siamo chiesti se fosse possibile modellizare i singoli nLFP registrati nell'attività basale tramite un singolo elettrodo come il risultato di valanghe neuronali locali. Pertanto, abbiamo analizzato la distribuzione della dimensione (cioè l'ampiezza in uV) di tali picchi, in modo da identificare una distribuzione power-law appropriata, che potesse descrivere anche le registrazioni a singolo elettrodo. Infine, sono presentate e discusse le prime registrazioni in assoluto degli LFP evocati lungo un'intera colonna corticale ottenute tramite l'ultima generazione di chip impiantabili a tecnologia CMOS. Questi ultimi presentano una matrice di 256 siti di registrazione, organizzata secondo due possibili topologie, 16 x 16 o 4 x 64, e avente una distanza tra gli elettrodi pari a 15 um o 33 um rispettivamente. Una precisa dinamica di propagazione dei potenziali evocati può già essere riconosciuta in questi primissimi profili corticali. Nel prossimo futuro, l'uso di questi dispositivi a semiconduttore potrà aiutare a comprendere il decorso di sindromi neurodegerative come il Parkinson o l'Alzheimer, associando sintomi e comportamenti tipo della malattia a specifiche caratteristiche neuronali. I chip impiantabili potranno anche essere utilizzati come 'electroceuticals', ossia potranno aiutare a rallentare (o addirittura a capovolgere) il decorso delle malattie neurogenerative, costituendo le basi di protesi neuronali in grado di sostenere fisicamente o allenare funzionalmente le popolazioni neuronali danneggiate. L'identificazione e il rilevamento di segnali neuronali ad alta risoluzione aiuterà anche a sviluppare complesse interfacce cervello-macchina, che consentiranno il controllo di protesi intelligenti e che forniranno sofisticati meccanismi di feedback a chi ha perso l'uso di alcune parti del proprio corpo o determinate funzioni cerebrali.
Oota, Subba Reddy. "Modèles neurocomputationnels de la compréhension du langage : caractérisation des similarités et des différences entre le traitement cérébral du langage et les modèles de langage." Electronic Thesis or Diss., Bordeaux, 2024. http://www.theses.fr/2024BORD0080.
This thesis explores the synergy between artificial intelligence (AI) and cognitive neuroscience to advance language processing capabilities. It builds on the insight that breakthroughs in AI, such as convolutional neural networks and mechanisms like experience replay 1, often draw inspiration from neuroscientific findings. This interconnection is beneficial in language, where a deeper comprehension of uniquely human cognitive abilities, such as processing complex linguistic structures, can pave the way for more sophisticated language processing systems. The emergence of rich naturalistic neuroimaging datasets (e.g., fMRI, MEG) alongside advanced language models opens new pathways for aligning computational language models with human brain activity. However, the challenge lies in discerning which model features best mirror the language comprehension processes in the brain, underscoring the importance of integrating biologically inspired mechanisms into computational models. In response to this challenge, the thesis introduces a data-driven framework bridging the gap between neurolinguistic processing observed in the human brain and the computational mechanisms of natural language processing (NLP) systems. By establishing a direct link between advanced imaging techniques and NLP processes, it conceptualizes brain information processing as a dynamic interplay of three critical components: "what," "where," and "when", offering insights into how the brain interprets language during engagement with naturalistic narratives. This study provides compelling evidence that enhancing the alignment between brain activity and NLP systems offers mutual benefits to the fields of neurolinguistics and NLP. The research showcases how these computational models can emulate the brain’s natural language processing capabilities by harnessing cutting-edge neural network technologies across various modalities—language, vision, and speech. Specifically, the thesis highlights how modern pretrained language models achieve closer brain alignment during narrative comprehension. It investigates the differential processing of language across brain regions, the timing of responses (Hemodynamic Response Function (HRF) delays), and the balance between syntactic and semantic information processing. Further, the exploration of how different linguistic features align with MEG brain responses over time and find that the alignment depends on the amount of past context, indicating that the brain encodes words slightly behind the current one, awaiting more future context. Furthermore, it highlights grounded language acquisition through noisy supervision and offers a biologically plausible architecture for investigating cross-situational learning, providing interpretability, generalizability, and computational efficiency in sequence-based models. Ultimately, this research contributes valuable insights into neurolinguistics, cognitive neuroscience, and NLP
Killian, Nathaniel J. "Bioelectrical dynamics of the entorhinal cortex." Diss., Georgia Institute of Technology, 2013. http://hdl.handle.net/1853/52148.
Risi, Sebastian. "Towards Evolving More Brain-Like Artificial Neural Networks." Doctoral diss., University of Central Florida, 2012. http://digital.library.ucf.edu/cdm/ref/collection/ETD/id/5460.
ID: 031001435; System requirements: World Wide Web browser and PDF reader.; Mode of access: World Wide Web.; Adviser: Kenneth O. Stanley.; Title from PDF title page (viewed June 24, 2013).; Thesis (Ph.D.)--University of Central Florida, 2012.; Includes bibliographical references (p. 165-178).
Ph.D.
Doctorate
Computer Science
Engineering and Computer Science
Computer Science
Aubry, Fabien. "Development and applications of a new reverse genetics method for the generation of single-stranded positive-sense RNA viruses." Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM5066.
Reverse genetics has become a key methodology for producing genetically modified RNA viruses and deciphering cellular and viral biological properties, but the most commonly used methods, based on the preparation of plasmid-based complete viral genomes, are laborious and unpredictable. The first part of this thesis presents studies relating to the development of a new reverse genetics system, designated the ISA (Infectious-Subgenomic-Amplicons) method, which enabled the generation of both wild-type and genetically modified infectious viruses belonging to three different families of positive, single stranded RNA viruses within days with great control of the viral sequences. In the second part of this thesis, we applied for the first time to an arbovirus (CHIKV), codon re-encoding - a recently developed and very exciting method for the development of live attenuated vaccines. Using a random codon re-encoding approach which randomly attributed nucleotide codons based on their corresponding amino acid sequence, we identified major fitness losses of CHIKV in both primate and arthropod cells. The decrease of replicative fitness correlated with the extent of re-encoding, an observation that may assist in the modulation of viral attenuation. Detailed analysis of these observed replicative fitness losses indicated that they are the consequence of several independent re-encoding induced events. Using the experience acquired on the CHIKV, we successfully transposed this attenuation mechanism to JEV and improved our control of the attenuation process by using a combination of de novo synthesis and the ISA method
Muriithi, Paul Mutuanyingi. "A case for memory enhancement : ethical, social, legal, and policy implications for enhancing the memory." Thesis, University of Manchester, 2014. https://www.research.manchester.ac.uk/portal/en/theses/a-case-for-memory-enhancement-ethical-social-legal-and-policy-implications-for-enhancing-the-memory(bf11d09d-6326-49d2-8ef3-a40340471acf).html.
Bruguier, Antoine Jean. "Encoding of Financial Signals in the Human Brain." Thesis, 2008. https://thesis.library.caltech.edu/4273/2/thesis_ajb.pdf.
Neuroeconomists investigate how the human brain analyzes and makes decisions about financial situations. They use functional magnetic resonance imaging (fMRI) of subjects who participate in economic games. Here we present three such experiments.
In the first experiment, we investigate how the brain recombines expected reward (ER) and risk. Recent fMRI results show that the brain decomposes a gamble in terms of these two metrics. However, economic theory predicts that the brain must recombine them in order to obtain an effective evaluation of the gamble. It was not clear what biological mechanism directs such recombination. Here we show that the brain uses the correlation of noise to recombine signals. We implement a new technique based on canonical correlation analysis and we show that ER is added to risk to form a metric that activates the medial prefrontal cortex.
In the second experiment, we investigate how the brain encodes two gambles instead of one. The brain is likely to encode the utility of each gamble in a common area but in separate groups of neurons. However, it is unknown how the brain indexes the gambles. Indeed, which group of neuron encodes which gamble can be decided in many ways. We hypothesized that the brain would use either the physical position of the gambles or an idiosyncratic parameter, such as ER or risk. Here we introduce a new analysis technique based on Hotelling T-squared statistics and we show that the brain uses risk as an index.
In the third experiment, we investigate a much more complex situation: a stock market. Contrary to what standard finance theory predicts, we hypothesize that the brain does not use mathematical models but instead heuristically uses a social cognition approach. Specifically, we posit that humans understand stock markets by using Theory of Mind (ToM), the ability to attribute to others mental states different from one's own. Here we show that humans engage brain structures related to ToM (paracingulate cortex, anterior cingulate cortex, insula, and amygdala). Subsequent behavioral tests show that ToM, rather than mathematical, abilities are better predictors of success in forecasting stock markets.
Köster, Moritz. "How brain rhythms form memories." Doctoral thesis, 2018. https://repositorium.ub.uni-osnabrueck.de/handle/urn:nbn:de:gbv:700-20180927596.
Shen, Kai. "Neural Encoding of Mixtures and Stimulus Generation in the Insect Brain." Thesis, 2010. https://thesis.library.caltech.edu/6028/1/Thesis_main.pdf.
Wang, Chengya, and 王承雅. "The Encoding Analysis Of Characteristic Frequency Bands Of Brain Wave during Learning." Thesis, 2012. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/98981391331080503948.
大葉大學
資訊工程學系碩士班
100
The present literatures almost discuss about context-aware applications by the elements of Global Positioning System (GPS) which can detect a geographical position, and Radio Frequency Identification (RFID) which discriminates from a status. It performs that the mobile learning of the conditions which in outside a student can be perceived. Mostly, the functions of the related sensors detect the conditions which outside a student. Basically, the traditional learning assessment mechanism is a passive and negative assessment mechanism, which cannot provide an real-time learning warning mechanism for teachers or students to find out problems as early as possible (including such learning conditions as “absence of mind” resulting from poor learning stage or physical or psychological factor), and the post-assessment mechanism also cannot assess the learning effectiveness provided by the online learning system. From a viewpoint of cognitive neuroscience, this research proposes the technique of digital encoding of brain-wave characteristic frequency bands to discriminate from the feature of brain wave when performing a student's online learning or computer game. The experiments proceeded by catching brain wave signals of human vision while sensing the test interfaces of graphics and words representing learning or computer games by brain wave sensor. To compile the related samples of energies from brain wave frequency band and times of appearances, then establish the characteristic frequency bands of brain wave and its digital coding modes which stand for the statuses of learning, deep sleeping, playing computer games and taking a break. The proposed digital encoding technique not only can discriminate from whether for a student to concentrate, and for it to learn or to perform a computer game, but it can recognize from performing the heterogeneous games of which kind of character. It can turn out that a teacher and the partner of study also bring about the cause of a student's learning disability, and the system not only can provide a student with the system of the early warning of instant study, but can offer suitable consideration and encouragement.
Sá, Simão Bolota de Couto. "Diffusion Microscopic Anisotropy Estimation in the brain." Master's thesis, 2020. http://hdl.handle.net/10362/118696.
A ressonância magnética por difusão (dMRI, do inglês diffusion magnetic resonance imaging) é uma técnica não invasiva, sensível a alterações microestruturais que podem não ser resolvidas por outras técnicas de imagem estruturais convencionais. As medidas de anisotropia, a partir de técnicas convencionais de dMRI, não dependem apenas das propriedades microestruturais do tecido, mas também da dispersão na orientação do tecido. Na tentativa de suprimir esse efeito, foram recentemente desenvolvidas técnicas mais avançadas de imagem de ressonância magnética por difusão baseadas em sequências de difusão não convencionais de forma a quantificar a anisotropia microscópica fracionária de difusão (𝜇FA, do inglês microscopic fractional anisotropy) sem qualquer suposição prévia sobre o tecido subjacente. A medição da anisotropia microscópica de difusão permite a avaliação das alterações microestruturais relacionadas à maturação, degeneração e patologia de um tecido, independentemente das alterações na organização do mesmo. No entanto, as sequências de dMRI não convencionais não são facilmente acessíveis nos aparelhos de ressonância magnética atuais. Posto isto, estudos mais recentes sugeriram o uso de modelos microestruturais para quantificar 𝜇FA a partir de dados adquiridos através de sequências de dMRI convencionais. No decorrer desta dissertação, são fornecidas as primeiras implementações de diferentes modelos microestruturais de referência em open-source para estimar 𝜇FA. Modelos estes que através do cálculo da média esférica de um sinal adquirido, retiram a influência da orientação nos dados de dMRI. Esses modelos incluem as técnicas baseadas em médias esféricas de um sinal dMRI (SMT, do inglês Spherical Mean Techniques), de um e dois compartimentos, (SMT1 e SMT2) e uma nova adaptação do modelo da imagem por fibras em bola (FBI, do inglês Fiber Ball Imaging) para estimar o 𝜇FA. A implementação dos modelos é avaliada tendo como base simulações numéricas, testadas em dados de cérebros humanos saudáveis, adquiridos in vivo. Finalmente, o 𝜇FA é então comparado com a referência padrão estimada a partir de sequências dMRI não convencionais, num ambiente pré-clínico. Os resultados mostram que, embora as estimativas dos parâmetros sejam independentes do efeito da orientação do tecido, os modelos SMT1 e SMT2 fornecem valores de 𝜇FA acima e abaixo da referência, o que se mostra ser uma consequência das suposições impostas. Embora a versão adaptada do modelo FBI não tenha resultado em estimativas robustas de 𝜇FA, as suas estimativas da fração de água axonal (AWF, do inglês axonal water fraction) evidenciaram uma alta correlação com as estimativas padrão de 𝜇FA. Assim, estes resultados demonstram que a AWF é, efetivamente, um fator determinante de 𝜇FA em tecidos neuronais saudáveis. No que concerne a estudos futuros, pode revelar-se interessante analisar o desenvolvimento de técnicas alternativas para estimar 𝜇FA com base em informações obtidas pelas estimativas de AWF do modelo FBI.
Amador, de Lara Gabriel. "Modulating verbal episodic memory encoding with transcranial electrical stimulation." Doctoral thesis, 2018. http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-002E-E4E5-1.
Kuo, Po-Chih, and 郭柏志. "Manifold Encoding and Decoding for Investigation into Information Processing in Human Brain using MEG." Thesis, 2016. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/04014634103766607884.
國立交通大學
資訊科學與工程研究所
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Visual encoding and decoding are crucial aspects in investigating the neural representation of visual information in the human brain. Once a decoding and encoding model is constructed, it can be used to decode the low-level visual patterns or higher-level visual stimuli such as facial images. Such decoding requires the transformation from a neural representation to a perceptual representation, which lays essential foundation to hierarchical face processing. Previous studies have proposed models for low-level visual processing. However, how the brain process the high-level perception remains an unsolved question. There are three studies in the thesis and three corresponding experiments were conducted for each of the study in the thesis. In the first study, we proposed a bidirectional model for decoding and encoding of visual stimulus based on manifold representation of the temporal and spatial information extracted from magnetoencephalographic (MEG) data. In the proposed decoding process, principal component analysis is applied to extract temporal principal components (TPCs) from the visual cortical activity estimated by a beamforming method. The spatial distribution of each TPC is in a high-dimensional space and can be mapped to the corresponding spatiotemporal component (STC) on a low-dimensional manifold. Once the linear mapping between the STC and the wavelet coefficients of the stimulus image is determined, the decoding process can synthesize an image resembling the stimulus image. The encoding process is performed by reversing the mapping or transformation in the decoding model and can predict the spatiotemporal brain activity from a stimulus image. In our first experiments using visual stimuli containing eleven combinations of checkerboard patches, the information of spatial layout in the stimulus image was revealed in the embedded manifold. The correlation between the reconstructed and original images was 0.71 and the correlation map between the predicted and original brain activity was highly correlated to the map between the original brain activity for different stimuli (r=0.89). In the second study, we applied a decoding method based on the decoding and encoding model to face representations. A low-dimensional neural manifold was constructed using a set of single-trial brain activity data evoked by stimuli with basic face viewpoints and gaze directions. As a perceptual representation with synthesis property, this manifold was able to predict composite viewpoints and directions from brain activity. In the second experiments, when facial images with varying viewpoints and gaze-directions were used as the experimental stimuli, the M170 component in occipital face area and the right superior temporal sulcus gave accurate prediction for face viewpoints and gaze directions, respectively. In the third study, we proposed a supervised locally linear embedding method to construct the embedded manifold from brain activity, taking into account similarities between corresponding stimuli. In our experiments, photographic portraits were used as visual stimuli and brain activity was calculated from MEG data using a source localization method. The results of 10×10-fold cross-validation revealed a strong correlation between manifolds of brain activity and the orientation of faces in the presented images, suggesting that high-level information related to image content can be revealed in the brain responses represented in the manifold. These results suggest that the temporal component is important in visual processing and manifolds can well represent the information related to visual perception. In addition, the proposed neural manifold method can be used to construct an effective perceptual representation for face processing and is applicable to investigation into the inherent patterns of brain activity.
Duarte, Diogo Filipe Luís. "Development of a magnetic resonance compatible wrist device for the analysis of movement encoding in the brain." Master's thesis, 2016. http://hdl.handle.net/10451/24141.
A interação com o mundo é feita através de movimento - desde a locomoção até à comunicação verbal - tornando o controlo de movimento um dos aspectos fundamentais de maior interesse em neurociência. O controlo de movimento tem sido alvo de observação desde cedo em estudos comportamentais e neurofisiológicos, e sabemos hoje que os movimentos voluntários resultam de padrões de impulsos elétricos gerados no sistema nervoso. Contudo, não conhecemos ainda os aspetos mais precisos da geração de padrões de movimento nem a sua relação com parâmetros como direção, velocidade, etc. Uma característica importante do controlo de movimento é a existência de tuning direcional - que consiste numa resposta neuronal preferencial a uma direção de movimento. Ao executar movimentos numa direção preferida, alguns neurónios despolarizam a uma frequência máxima, e a mesma diminui gradualmente à medida que o movimento se afasta da direção preferida. Este fenómeno foi caracterizado em 1982 em áreas motoras (córtex motor primário) ao serem executados movimentos direcionais do braço contralateral. Contudo, estudos recentes mostram a existência de tuning direcional não só para o membro contralateral, mas também para o membro ipsilateral. Estas representações direcionais foram encontradas com medições electrofisiológicas ao nível celular, e também com técnicas modernas de imagiologia que medem sinal proveniente de volumes da ordem de mm3, como ressonância magnética funcional. Com recurso a ambos os tipos de técnicas foram encontradas representações ipsilaterais bem estruturadas para movimentos ao nível do braço bem como dos dedos. Desta forma, ambos os hemisférios cerebrais codificam movimentos direccionais de ambas as mãos. Sabemos também, por experiência quotidiana, que os movimentos bimanuais são bem coordenados, o que sugere que os mesmos são gerados tomando em conta informação de ambas as mãos. No entanto, a relação entre os padrões neuronais de movimentos bimanuais e unimanuais ainda não é clara. Nesta dissertação pretende-se localizar e caracterizar tuning direcional durante movimentos unimanuais e bimanuais no cérebro humano. Desta forma temos como objectivo procurar quais as regiões corticais que codificam movimentos direcionais da mão contralateral, da mão ipsilateral, bem como as representações de movimentos bimanuais e a sua relação com movimentos unimanuais. Para tal, foi desenhada uma experiência motora para testar movimentos direcionais, que foi executada em simultâneo com a aquisição de imagens de ressonância magnética funcional. Foi desenvolvido um dispositivo para monitorizar de forma precisa movimentos da mão. De forma a assegurar compatibilidade com o ambiente em ressonância magnética, foram construídos dois manípulos ergonómicos com recurso a impressão 3D em nylon. Os manípulos foram equipados com sensores de rotação resistivos, e foram montados numa mesa de suporte desenvolvida para o efeito. Afim de treinar os participantes e controlar a experiência, foi desenvolvido um protocolo motor organizado de forma semelhante a um jogo de alvos. Os participantes controlaram a posição de cursores num ecrã utilizando movimentos das mãos, monitorizados pelo dispositivo. O objectivo do protocolo motor foi atingir 6 alvos radiais com os cursores e voltar à posição central, com movimentos de cada uma das mãos, ou as duas (para todas as combinações de 6 alvos para cada mão). No total, a experiência consistiu em 48 condições de movimento – 6 movimentos radiais para a mão esquerda, 6 para a mão direita e 36 combinações bimanuais. A experiência motora foi executada por 7 sujeitos destros saudáveis. Após uma sessão de treino, a experiência decorreu num scanner de ressonância magnética funcional Siemens Trio 3T, onde foram adquiridas imagens funcionais durante 10 repetições da experiência para cada sujeito. Adicionalmente, foram adquiridos dados de cinemática para as duas mãos durante as sessões de treino e de teste. A análise de dados de cinemática consistiu na observação de tempos de reação e de movimento em cada condição. Comparámos condições unimanuais e bimanuais, testámos efeitos de direção, e ainda combinações bimanuais (movimentos simétricos, paralelos ou não relacionados). Para cada uma destas hipóteses foram usados os testes estatísticos aplicáveis. Não foram observados efeitos significativos nos tempos de reação, de forma consistente, para qualquer das condições em estudo. Pelo contrário, os tempos de movimento foram consistentemente sensíveis aos efeitos estudados. As imagens por ressonância magnética funcional foram analisadas numa primeira fase conforme o procedimento tradicional. Este consiste no pré-processamento - envolvendo correções espaciais de efeitos de campo magnético, filtragem temporal, alinhamento com a imagem anatómica e segmentação. De seguida foi aplicado um modelo linear de forma de forma de independente para cada voxel (unidade discreta de volume) nas imagens. O modelo consistiu em 48 variáveis categóricas, correspondentes às condições de movimento em estudo, e 10 variáveis categóricas correspondentes às sessões de repetição da experiência. O objetivo deste modelo é a estimação dos pesos (β) da regressão linear, i.e., para cada condição é estimada a influência da mesma no sinal em cada voxel. De seguida é possível fazer inferência sobre os valores β - sob a hipótese nula de que são, em média, zero. Procedendo desta forma, foi aplicado um teste t aos regressores β associados a movimentos da mão esquerda, direita, e movimentos bimanuais para as regiões: área sensorial somática I (S1), córtex motor primário (M1), córtex pré-motor ventral e dorsal (PMv, PMd), área motora suplementar (AMS), lóbulo parietal superior, anterior e posterior (LPSa, LPSp) e córtex visual (V12). Foram encontrados valores de activação predominantemente associados com movimentos contralaterais e bimanuais, e activação menor em movimentos ipsilaterais. Os resultados coincidem fortemente com a perspetiva clássica de que cada hemisfério está associado a controlo da mão contralateral. Contudo, os métodos univariados testam o quanto os voxels (ou regiões) variam a sua resposta com condições individuais, tornando a comparação entre condições de movimento difícil. Adicionalmente, estes métodos são indicados para o mapeamento de activação perante estímulos, mas não para avaliar a estrutura da representação de condições, i.e., caracterizar respostas neuronais associadas conjunto de estímulos - como é o caso de tuning direcional. Desta forma, foi aplicado um modelo de análise representacional no qual se pressupõe que os estímulos podem ser caracterizados por padrões de activação - neste caso correspondentes aos valores beta para cada voxel quando é executada uma condição. Neste modelo é calculada uma medida de (dis)similaridade entre todos os pares de condições. Neste projecto foi utilizada a distância Euclidiana, sendo que as comparações entre pares das 48 condições foram organizadas em matrizes de distância. Os resultados revelam, qualitativamente, a presença duma estrutura de tuning direcional bem definida para movimentos contralaterais, bem como ipsilaterais. Também os movimentos bimanuais apresentaram uma estrutura de tuning bem definida e diferenciada entre regiões. De forma a quantificar e inferir acerca da presença de codificação direcional, os valores de distância correspondentes às condições contralaterais, ipsilaterais e bimanuais foram testados estatisticamente. Este teste assenta no pressuposto de que, perante a inexistência de codificação, as distâncias são zero (este pressuposto foi confirmado). Os resultados indicam uma forte codificação direcional de movimentos contralaterais para todas as regiões testadas. Este resultado é coincidente com estudos anteriores que encontram tuning direcional contralateral em todas as regiões em que o mesmo foi investigado. Contudo, encontrámos também uma forte codificação de movimentos ipislaterais, excepto na AMS e LPS anterior no hemisfério direito (não dominante). Estes resultados são coerentes com estudos recentes que mostram uma forte presença de codificação de movimentos ipsilaterais. Os movimentos bimanuais estão também caracterizados por uma forte representação. Contudo, existe a hipótese de que estes estejam presentes apenas como consequência da codificação direcional de movimentos da mão contralateral (ou ipsilateral), e não directamente associados à codificação especializada de movimentos bimanuais. Esta hipótese é, contudo, de elevado interesse, já que uma codificação bimanual especializada pode explicar o mecanismo da coordenação bimanual. Desta forma, as matrizes de distância foram reorganizadas em termos de movimentos da mão esquerda e da mão direita. Os mapas resultantes foram comparados qualitativamente com simulações, revelando uma codificação bimanual maioritariamente associada com movimentos contralaterais. Contudo, a AMS e o córtex premotor ventral aparentam codificar movimentos bimanuais de forma não-linear, que poderá indicar alguma especialização em movimentos bimanuais que poderá ser útil para coordenação. Trabalho futuro envolverá avaliar quantitativamente estes mapas de forma a perceber quanta codificação bimanual é gerada de forma especializada. Os resultados deste estudo coincidem com estudos recentes de codificação ipsilateral, e revisitam questões acerca da codificação bimanual. No futuro pretende-se decompor a codificação bimanual, avaliar de forma extensa e continua a superfície cortical, cerebelo e núcleos da base. Adicionalmente, esperamos executar futuras aquisições em novos participantes. Este tipo de estudo pretende responder a questões no âmbito do controlo neural de movimento, que poderão ser úteis futuramente no contexto da reabilitação e controlo robótico. Consideramos também que os métodos de procura de codificação poderão ser utilizados para caracterização do sistema motor de sujeitos saudáveis em comparação com casos patológicos como acidente vascular cerebral, fornecendo um meio de avaliação dos mesmos.
We interact with the world by moving our body: legs for locomotion, hands for dexterous tasks, and articulatory muscles to communicate. It is known that these movements result from patterns of electrical impulses in the nervous system. However, it is not yet known how the brain controls the fine aspects of movement. One important characteristic of movement control in the brain is directional tuning - a preferential neuronal response to an executed direction. In this work, we examine where and how the brain encodes movement directions in unimanual and bimanual movements in humans. In order to address this question, we designed a motor experiment for directional movements. A hand device was developed in order to precisely monitor hand movements while 7 right-handed healthy participants executed a motor task. The task was built similarly to a game in which participants reached radial targets using wrist movements of one or both hands. After training, subjects executed the motor task in a magnetic resonance scanner. Functional imaging data were acquired and analysed using novel multivoxel pattern analysis, in which we calculate pairwise dissimilarities of patterns of fMRI voxel activity across movement conditions. We tested for encoding of unimanual (contralateral and ipsilateral) and bimanual movements in cortical regions of interest. Kinematics data were also analysed to test for performance effects of direction and hand combination. We found significant encoding of contralateral and bimanual movements in all tested regions. Ipsilateral movements were strongly represented in both hemispheres, except for right supplementary motor area and anterior-superior parietal lobule. Furthermore, the right (non-dominant) hemisphere encoded contralateral movements more preferentially than ipsilateral ones, when compared with the left hemisphere. These results are in line with recent findings of well-defined ipsilateral movement representations. Future work will involve decomposing bimanual tuning functions in order to find a quantitative relationship between bimanual and unimanual encoding.
Chuang, Pei-Chi, and 莊佩琪. "Closed-loop Brain Machine Interface System: Feedback with Encoding Forelimb Tactile Sensory Responses of Lever Pressing in Awake Rodent." Thesis, 2018. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/9z77ns.
國立陽明大學
生物醫學工程學系
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The encoder in closed-loop brain-machine interfaces (BMIs) plays an important role in establishing a direct communication link between the brain and the external world. There are two methods to build up an encoder, the psychometric equivalence approach and neurophysiological approach. The psychometric equivalence function (PEF) is established by assessing the same performance of detection toward both different parameter of intracortical microstimulation (ICMS) and the mechanical stimulation. However, it’s hard to observe the quality and the quantity of the sensation evoked by ICMS. In the recent research, scientists found out that ICMS could elicit the naturalistic cortical response. Besides, somatosensory cortex, whether in neural firing rate or local field potentials (LFPs), is sensitive to the different velocity of tactile stimulus. As the result, in our research, we propose a stimulus evoked potential (SEP)-based encoder of sensory cortical system which was built up by the concept of PEF. In the past research, compare with firing rate, the LFPs based decoding model is more robust in stimulus decoding for its comprehensive information. For establishing a stable and precise sensory SEP-based encoder of sensory cortical system for the real-time closed-loop BMI model, LFPs would be more suitable. In our study, we’re going to build up a SEP-based encoder in behavioral rat by recording the evoked potential from acceleration stimulus of lever-pressing and the ICMS. By extracting the features from LFP, we could find the stimulus-correlated features for the SEP-based encoder. The SEP-based encoder be established by the linear regression models, logistic regression model, and exponential regression model. Furthermore, we would discuss the result of our SEP-based encoder, and compare the stability and precision between spike-based and SEP-based encoder.
Prince, Steven Eric. "Functional Neuroimaging Investigations of Human Memory Comparisons of Successful Encoding and Retrieval for Relational and Item Information." Diss., 2007. http://hdl.handle.net/10161/201.
Sainath, Pravish. "Modeling functional brain activity of human working memory using deep recurrent neural networks." Thesis, 2020. http://hdl.handle.net/1866/25468.
In cognitive systems, the role of working memory is crucial for visual reasoning and decision making. Tremendous progress has been made in understanding the mechanisms of the human/animal working memory, as well as in formulating different frameworks of memory augmented artificial neural networks. The overall objective of our project is to train artificial neural network models that are capable of consolidating memory over a short period of time to solve a memory task and relate them to the brain activity of humans who solved the same task. The project is of interdisciplinary nature in trying to bridge aspects of Artificial Intelligence (deep learning) and Neuroscience. The cognitive task used is the N-back task, a very popular one in Cognitive Neuroscience in which the subjects are presented with a sequence of images, each of which needs to be identified as to whether it was already seen or not. The functional imaging (fMRI) dataset used has been collected as a part of the Courtois Neurmod Project. We study multiple variants of recurrent neural network models that learn to remember input images across timesteps. These trained neural networks optimized for the memory task are ultimately used to generate feature representations for the stimuli images seen by the human subjects during their recordings while solving the task. The representations derived from these neural networks are then to create an encoding model to predict the fMRI BOLD activity of the subjects. We then understand the relationship between the neural network model and brain activity by analyzing this predictive ability of the model in different areas of the brain that are involved in working memory. This work presents a way of using artificial neural networks to model the behavior and information processing of the working memory of the brain and to use brain imaging data captured from human subjects during the N-back task to potentially understand some memory mechanisms of the brain in relation to these artificial neural network models.