雷竞技rebat网络生理学前沿|最新文章

阈上疼痛反应的敏化——翻译方面和机制

罗宾·乔纳斯 — 2022 - 12 - 16 - t00:00:00z

临床前试验与临床试验中相关的主要疼痛评估终点不匹配，反映了疼痛研究中的巨大转化差距。由于活动依赖机制在反射性试验中可能被忽略，这可能是临床前疼痛评估的一个混杂因素。从这个角度来看，我们考虑了疼痛研究文献中需要超阈值疼痛评估的证据。除此之外，我们关注先前的结果，这些结果可能证明了一个例子机制，其中神经元-胶质相互作用对疼痛的检测似乎在很大程度上取决于疼痛强度超过阈值水平的评估

编辑:生物系统中的耦合:定义、机制和影响

Christoph Schmal — 2022 - 12 - 13 - t00:00:00z

用机器学习从活动记录仪时间序列数据鉴别急性和慢性失眠

美国王妃 — 2022 - 11 - 28 - t00:00:00z

急性和慢性失眠有不同的原因，可能需要不同的治疗方法。他们使用两项睡眠研究的多夜夜间活动记录仪数据进行调查。研究人员使用了两种不同的腕戴式活动记录仪来测量身体活动。这需要数据预处理和转换，以消除设备之间的差异。利用统计、功率谱、分形和熵分析从活动记录仪数据中获得特征。睡眠参数也从信号中提取出来。然后将这些特征提交给四种机器学习算法。表现最好的模型能够区分急性和慢性失眠，准确率为81%。然后，这些算法被用于评估急性和慢性睡眠组与健康睡眠组的比较。急性失眠与健康睡眠之间的差异比慢性失眠与健康睡眠之间的差异更显著。 This may be associated with the adaptation of the physiology to prolonged periods of disturbed sleep for individuals with chronic insomnia. The new model is a powerful addition to our suite of machine learning models aiming to pre-screen insomnia at home with wearable devices.

体育中的表型组学:新兴的方法论能推动高级见解吗?

亚当·w·基弗 — 2022 - 11 - 24 - t00:00:00z

应用体育科学中的方法论主要推动了一种简化主义的基础，以组件特定的机制来驱动运动员的训练和护理。虽然线性机制方法提供了有用的见解，但它们阻碍了更复杂的网络生理学模型的发展，这些模型考虑了系统和子系统内部和跨系统的多个因素的时间和空间相互作用。为此，需要一个更复杂的方法，这样一个方法框架的发展可以被认为是一个体育大挑战。具体而言，基于现象学的跨学科科学和建模框架有其优点。表型组学是人类精准医学中一个相对较新的领域，但它也是植物和进化生物学科学中一个发达的研究领域。创新精准医学、便携式无损测量技术的融合，以及复杂人类行为建模的进步，是表型组学融入体育科学的核心。该方法可以应用诸如表型适应度、可塑性、剂量反应动力学、临界窗口和多维行为网络模型等概念。此外，轮廓基于变化指数，模型将运动员的表现或恢复轨迹视为其动态环境的函数。这个新的框架被引入了几个例子体育科学领域的潜在整合。作为潜在的候选适应度变量提供了特定的重点因素，示例概要为精确训练和护理提供了可推广的建模方法。 Finally, considerations for the future are discussed, including scaling from individual athletes to teams and additional factors necessary for the successful implementation of phenomics.

人脑中反相关网络的结构

Endika Martinez-Gutierrez — 2022 - 11 - 16 - t00:00:00z

在执行一项特定任务(或休息)时，不同大脑区域的活动在统计上有共同的依赖关系，反映了功能连接。虽然正相关网络的这些关系已经被大量研究，但对负相关网络，即反相关网络(ACNs)的关注却很少。尽管所有acn中最著名的是默认模式网络(DMN)，甚至在健康和疾病方面也得到了广泛的研究，但对于除DMN之外的所有acn，目前还没有系统的全面研究。在这里，我们通过使用三个神经影像学数据集来解决这个问题:一个N = 192名健康的年轻人来全面描述ACN，另一个N = 40名受试者来比较两组年轻和老年参与者之间的ACN，另一个N = 1000名受试者来自人类连接组项目，以评估ACN与认知评分之间的关系。我们首先提供了所有acn的解剖学组成的全面描述，每一个参与不同的静息状态网络(rns)。从参与程度排序来看，从高到低，主要的反相关脑区依次为楔前叶、前缘上回和中央顶盖皮层。接下来，通过评估ACN的更详细结构，我们表明，在特定条件下，特别是通过比较年轻和老年参与者组，可以发现ACN的显著差异。我们的主要发现是老年受试者小脑相互作用的反相关增加。最后，在与认知分数的体素水平关联研究中，我们表明ACN具有多个显著性聚类，这些聚类不同于从正相关网络中获得的聚类，表明ACN具有功能认知意义。总的来说，我们的结果与ACN具有特殊的相关性，并提示它们用于解开某些情况下的未知变化，如可能发生在早发性神经退行性疾病或某些精神疾病中

肌肉间网络同步肌纤维激活

塞尔吉Garcia-Retortillo — 2022 - 11 - 14 - t00:00:00z

骨骼肌不断协调，以促进大范围的运动。肌肉纤维的组成和激活时间说明了不同的肌肉功能和动力学，这是微调肌肉协调和产生运动所必需的。在这里，我们解决的基本问题是不同的肌肉纤维类型如何动态同步和整合作为一个网络在肌肉之间具有不同的功能。我们发现，生理状态的特点是独特的肌肉间网络的肌纤维跨频相互作用，具有不同的子网络和模块的分层组织，以及每个状态特定的链接强度的分层剖面。我们建立了这个网络如何随着从休息到运动和疲劳的过渡而重组——一个复杂的过程，其中网络模块遵循不同的相空间轨迹，反映了它们在运动和适应疲劳中的功能作用。这打开了一个新的研究领域，运动的网络生理学，导致新的基于网络的健康、健身和临床条件的生物标志物

平衡能量振荡模的标度性质

多布罗米尔·多托夫 — 2022 - 11 - 08 - t00:00:00z

动物身体依靠在大范围时间尺度上运作的生理过程网络来维持自身。许多生理信号的特征是1/<斜体>f缩放，其中振幅与频率成反比，大概反映了底层网络的多尺度性质。尽管有许多关于这种尺度的一般理论，但尚不清楚它们是如何基于生物系统所面临的特定限制的。为了帮助理解这一现象的本质，我们建议不仅要注意缩放过程的几何形状，还要注意它们的能量。第一个关键假设是生理作用模式构成热力学功循环。这是形式化的理论定义的振荡器耗散和能量泵项。第二个假设是，生理动作模式的能量水平平均平衡，能够在它们之间灵活切换。这些想法通过建模研究得到了解决。当单个耗散振子的能量保持相等时，耗散振子的集合表现出振幅和频率的逆缩放。此外，这种系综的行为类似于Weierstrass函数，再现了尺度现象。 Finally, the question is raised whether this kind of constraint applies both to broadband aperiodic signals and periodic, narrow-band oscillations such as those found in electrical cortical activity.

形态测量相似性网络区分腰椎间盘突出症患者与健康对照，并预测疼痛强度

丽丽杨 — 2022 - 10 - 25 - t00:00:00z

我们使用一种最近先进的技术，形态测量相似性(MS)，在一个大样本的腰椎间盘突出症慢性疼痛(LDH-CP)患者中检查多模态MRI数据的形态测量特征。为此，我们将136例LDH-CPs平均分配到具有匹配健康对照(HC)的探索组和验证组，这些健康对照(HC)是从157例HC中随机选择的。我们开发了三种基于ms的模型来区分LDH-CPs和hc，并预测LDH-CPs的疼痛强度。此外，我们使用静息状态功能连接(FC)创建了类似的模型来执行上述疼痛的识别和预测，此外还比较了基于FC和基于ms的模型的性能，并研究了结合形态特征和静息状态信号的集成模型是否可以提高性能。我们得出结论:1)基于MS的模型能够区分LDH-CPs和hc，而MS网络(MSN)模型表现最好;2) MSN能够预测LDH-CPs的疼痛强度;3)构建的FC网络能够区分LDH-CPs和hc，但不能预测疼痛强度;4)集成模型既没有提高辨别能力，也没有提高疼痛预测性能。一般来说，MSN足够敏感，可以揭示与慢性疼痛相关的脑形态变化，并提供关于慢性疼痛神经病理学的新见解

全局慢振荡和非全局慢振荡在深度剖面上有所不同

Sang-Cheol Seok — 2022 - 10 - 24 - t00:00:00z

睡眠慢振荡(SOs, 0.5-1.5 Hz)被认为是通过皮层和皮层下结构组织活动，导致选择性突触变化，从而介导近期记忆的巩固。目前，允许这种跨大脑区域选择性连贯激活的具体机制尚不清楚。我们之前的研究表明，头皮上的SOs可以分为全局、局部或额部，其中大部分电极在短时间延迟内发现全局SOs，并在非快速眼动睡眠期间开启远程信息流。SOs的时空轮廓的功能意义在于测试这些不同的SOs头皮轮廓是否反映了大脑中SOs的不同深度结构。在这项研究中，我们建立了一个分析框架，以允许在时空中表征皮层和皮层下区域的SO深度剖面。为了测试这两种SO类型是否可以在皮层-皮层下活动中被区分，我们训练了30个机器学习分类算法来区分每个个体中的全局SO和非全局SO，并分别对轻度(阶段2,S2)和深度(慢波睡眠，SWS) NREM阶段重复了这一分析。多种算法在所有参与者中都达到了高性能，特别是基于k-最近邻分类原则的算法。单变量特征排序和选择显示，全局SOs和非全局SOs最具差异性的特征出现在SO的低谷附近，包括皮层、丘脑、尾状核和脑干。结果还表明，S2期间的分化需要来自皮质-皮质下区域的电流网络，包括在SWS和其他基底神经节区域中发现的所有区域，以及杏仁核和海马体，这表明全球SOs在S2与SWS中的作用存在潜在的功能分化。我们认为我们的结果支持了睡眠动力学中全局SOs和非全局SOs的潜在功能差异

分形在视网膜和脑部疾病的诊断和治疗中的应用

Marina V. Zueva — 2022 - 10 - 18 - t00:00:00z

在儿童面部注意加工过程中，脑电图脑功能连接随年龄的增长而增强

朱丽叶Ramos-Loyo — 2022 - 10 - 13 - t00:00:00z

研究功能连通性可能会为儿童发生的成熟变化提供线索，这些变化由脑电图记录(EEG)评估的功能网络的动态组织表示。在本研究中，我们比较了三组儿童(6岁、8岁和10岁)在执行包含面部刺激的任务(考虑到它们在日常生活中社会情感环境中的重要性)时，通过脑电活动的线性交叉相关性估计的脑电图功能连接模式。在第一个任务中，孩子们被要求识别人脸的性别，在第二个任务中，他们被要求识别人脸的快乐表情。我们通过静息状态和任务条件下分别获得的平均互相关矩阵估计稳定相关模式(SCP)，并量化这些平均矩阵在不同条件下的相似性。年龄越大，准确率越高。尽管所有年龄的scp的拓扑结构都显示出高度的相似性，但与最年轻的组相比，两个年龄较大的组在与注意力和面部处理网络相关的区域之间显示出更高的相关性。只有在最年轻的一组，相似度指标在性条件下下降。一般来说，与休息相比，相关值随着年龄和任务表现而增强。我们的研究结果表明，在儿童中有一个空间扩展的稳定的大脑网络组织，就像在成人中报道的那样。年龄最小的孩子在几个区域之间的相似性得分较低，这可能表明他们处理任务的能力较弱。 The brain regions associated with the attention and face networks presented higher synchronization across regions with increasing age, modulated by task demands.

编辑:网络生理学，对大脑系统的洞察:2021

克劳斯Lehnertz — 2022 - 10 - 11 - t00:00:00z

利用简化自回归模型检测多元时间序列之间的关系

Toshihiro Tanizawa — 2022年10月- 07 - t00:00:00z

一种被称为约简自回归(RAR)模型的信息理论约简自回归模型被应用于多个多元时间序列，作为检测时间序列中各成分之间关系的方法。结果与转移熵的结果进行了比较，转移熵是检测因果关系的常用技术之一。这些常用的技术根据定义是成对的，可能不适用于检测高度复杂的动力系统中的关系。当各分量的动态关系为线性关系，且各分量波动的时间尺度在同一数量级时，RAR模型的结果与传递熵的结果是一致的。然而，当时间序列中包含波动幅度和时间尺度差异较大的分量时，传递熵无法正确检测各分量之间的关系，而RAR建模结果仍然是正确的。对于脑电图测量所观察到的高度复杂的动态，例如人脑活动，传递熵的结果与RAR建模的结果有很大的不同

社论:推进我们对不同时空尺度和结构的动态对大脑同步活动的影响的理解

Thanos诺斯 — 2022 - 10 - 06 - t00:00:00z

利用可见性图评估时间序列中的时间不可逆性

马łgorzata Andrzejewska — 2022 - 10 - 04 - t00:00:00z

在本文中，我们研究了时间序列的时域不可逆性，它是非平衡态系统的基本性质。我们分析了罗切斯特大学提供的数据库的一个子组，即THEW项目。我们的数据包括LQTS(长QT综合征)患者和健康人。LQTS可能与心脏性猝死(SCD)的风险增加有关，这仍然是一个大的临床问题。基于心电图的人工智能方法可以高精度地识别心源性猝死。因此，心率变异性包含有关SCD可能性的信息，如果为此目的开发了适当的方法，可以提取这些信息。我们的目的是使用可见性图(VG)方法来评估两组的复杂性。使用多重可见性图方法对时间序列构建的图的连接模式进行多元分析。单变量时间序列中，LQTS患者心电图间期QT的时间不可逆性低于健康人。但两组间RR区间时间序列比较差异无统计学意义。 The connection patterns retrieved from multiplex VGs have more similarity with each other in the case of LQTS patients. This observation may be used to develop better methods for SCD risk stratification.

不同E/I平衡状态下共振神经元网络同步的异构机制

嘉兴吴 — 2022 - 09 - 30 - t00:00:00z

神经元放电模式的节律同步是大脑中普遍存在的现象，似乎对许多认知过程至关重要。多种机制有助于网络振荡的产生和同步，从细胞固有的兴奋性到网络介导的效应。然而，目前还不清楚这些机制是如何相互作用的。在这里，使用兴奋-抑制神经网络的计算建模，我们表明不同的同步机制在不同的兴奋和抑制水平(即E/I水平)主导网络动态，因为突触强度是系统变化的。我们的研究结果表明，低突触强度的网络对外部振荡驱动作为同步机制敏感，这是共振的标志。相比之下，在强连接状态下，同步是由网络效应通过激励和抑制之间的直接相互作用驱动的，并出现自发振荡和跨频耦合。出乎意料的是，我们发现当兴奋在低兴奋耦合强度下主导网络同步时，抑制在高兴奋耦合强度下主导网络同步。总之，我们的结果为不同激发/抑制机制下放电模式的振荡调制提供了新的见解

机械神经质量(mNM)模型的发展，将生理学与平均场动力学联系起来

理查德Tripathi — 2022 - 09 - 28 - t00:00:00z

脑节律来自神经元网络的平均场活动。已经有许多努力以离散细胞群活动(称为神经质量)的形式建立数学和计算的体现，以理解特别是诱发电位的起源、活动的内在模式(如θ)、睡眠调节、帕金森病相关动力学以及模拟癫痫发作动力学。正如最初使用的那样，标准神经质量通过s型函数将输入转换为发射速率，并通过突触函数将发射速率转换为其他质量。在这里，我们定义了一个构建机械神经团(mNMs)的过程，将其构建为不同神经元类型的微观膜型(Hodgkin Huxley型)模型的平均场模型，这些模型复制了稳定性、放电速率和相关分岔作为相关慢变量(如细胞外钾)和突触电流的函数;它的输出是放电速率和对慢变量的影响，如跨膜钾通量。仅由兴奋性和抑制性mNMs组成的小网络表现出预期的动力学状态，包括放电、失控兴奋和去极化阻滞，这些跃迁以生物学观察的方式随着细胞外钾和兴奋-抑制平衡的变化而变化

比较了几个器官系统在睡眠阶段的长期和短期波动

约翰内斯Zschocke — 2022 - 09 - 09 - t00:00:00z

心血管和心肺调节的一些细节及其在不同睡眠阶段的变化仍然未知。在本文中，我们比较了不同睡眠阶段心率、脉搏频率、呼吸频率、脉冲传输时间以及脑电图α波段功率在6 ~ 200 s时间尺度上的波动，以便更好地理解调节通路。考虑的五个时间序列来自于246名疑似睡眠障碍受试者的心电图、光容积描记图、鼻气流和中央电极脑电图测量，这些脑电图测量来自于夜间多导睡眠描记术记录。我们应用去趋势波动分析，区分短期(6-16 s)和长期(50-200 s)相关性，即以波动指数<斜体>α<次>1和<斜体>α<次>2为特征的标度行为，分别与副交感神经和交感神经控制相关。虽然心率(和脉搏率)具有性别和年龄相关的短期相关性，但它们的长期相关性表现出众所周知的睡眠阶段依赖性:非快速眼动睡眠期间的长期相关性较弱，而快速眼动睡眠和清醒期间的长期相关性明显。相比之下，脉冲传输时间被认为主要受血压和动脉僵硬的影响，在短期和长期指数之间没有表现出差异。这与之前血压时间序列的结果相反，其中<斜体>α<次>1远远大于<斜体>α<次>2，因此质疑脉冲传输时间与血压值之间的密切关系。然而，在包括脑电图α波段功率在内的所有信号中，长期波动指数<斜体>α<次>2均观察到非常相似的睡眠阶段依赖差异。总之，我们发现观察到的波动指数非常稳健，几乎不受体重指数、饮酒、吸烟或睡眠障碍的影响。所有观察到的系统的长期波动似乎都是由大脑中产生的睡眠阶段的模式调节的，因此以类似的方式进行调节，而器官系统之间的短期调节则有所不同。 Deviations from the reported dependence in any of the signals should be indicative of problems in the function of the particular organ system or its control mechanisms.

心率变异性与多导睡眠记录仪衍生的阻塞性睡眠呼吸暂停评分之间的相关性

拉斐尔·罗德里格斯·多斯桑托斯 — 2022 - 09 - 06 - t00:00:00z

阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)是最常见的睡眠障碍之一，影响着全球近10亿人。此外，据估计，许多OSA患者诊断不足，这有助于合并症的发展，如心脏自主神经失衡，导致心脏高风险。心率变异性(HRV)是一种非侵入性的，广泛用于评估心脏神经控制的方法。本研究评估了HRV指数与OSA的存在和严重程度之间的关系。我们假设HRV，特别是非线性方法，可以作为OSA早期风险分层的一个易于收集的标记。157例患者的多导睡眠描记术(PSG)检查被分为四组:无osa(<斜体>N = 26)、轻度osa(<斜体>N = 39)、中度osa(<斜体>N = 37)和重度osa(<斜体>N = 55)。从PSG记录中提取心电图，并在睡眠的前6小时内每小时生成15分钟的逐拍RR间隔系列。采用线性和非线性HRV方法计算了HRV的32个指标。具体来说，时间和频率域，符号分析，熵测量，心率碎片化，加速和减速能力，不对称测量，和分形分析。交感迷走神经平衡指数的结果支持了先前关于OSA患者交感神经过度活动的认识。 Nonlinear indices showed that HRV dynamics of patients with OSA display a loss of physiologic complexity that could contribute to their higher risk of development of cardiovascular disease. Moreover, many HRV indices were found to be linked with clinical scores of PSG. Therefore, a complete set of HRV indices, especially the ones obtained by the nonlinear approaches, can bring valuable information about the presence and severity of OSA, suggesting that HRV can be helpful for in a quick diagnosis of OSA, and supporting early interventions that could potentially reduce the development of comorbidities.

在不同年龄的健康受试者睡眠和清醒时呼吸和副交感神经控制心率之间的定向耦合

叶卡捷琳娜·i·博洛夫科娃 — 2022 - 09 - 06 - t00:00:00z

心肺相互作用对于理解人体功能的基本过程和各种病理诊断方法的发展都是重要的。心肺相互作用的特性是由血液循环的自主控制过程决定的，这是由更高的神经活动所调节的。本文对96例不同年龄组健康受试者在清醒状态和不同睡眠阶段呼吸与副交感神经心率控制过程的定向耦合进行了研究。采用相位动力学建模的方法对实验rr -interval和呼吸信号进行了定向耦合的检测。我们揭示了在所有年龄组中所研究的过程之间存在双向耦合。我们的结果表明，从呼吸到副交感神经控制心率过程的耦合比相反方向的耦合更强。所考虑的过程之间双向耦合强度的差异在深度睡眠中最为明显