Journal of Cognitive Neuroscience

Tóm tắt Chúng tôi đã phát triển một hệ thống máy tính gần như thời gian thực có khả năng xác định và theo dõi đầu của một đối tượng, và sau đó nhận diện người đó bằng cách so sánh các đặc điểm của khuôn mặt với những người đã biết. Phương pháp tính toán được áp dụng trong hệ thống này được thúc đẩy bởi cả sinh lý học và lý thuyết thông tin, cũng như các yêu cầu thực tiễn về hiệu suất gần như thời gian thực và độ chính xác. Cách tiếp cận của chúng tôi coi bài toán nhận diện khuôn mặt là một bài toán nhận diện hai chiều (2-D) vốn có, thay vì phải phục hồi hình học ba chiều, tận dụng thực tế rằng khuôn mặt thường ở tư thế thẳng đứng và do đó có thể được mô tả bằng một tập hợp nhỏ các góc nhìn 2-D đặc trưng. Hệ thống hoạt động bằng cách chiếu hình ảnh khuôn mặt vào một không gian đặc trưng phản ánh những biến đổi đáng kể giữa các hình ảnh khuôn mặt đã biết. Các đặc trưng quan trọng được gọi là "eigenfaces," vì chúng là các eigenvector (thành phần chính) của tập hợp các khuôn mặt; chúng không nhất thiết phải tương ứng với các đặc trưng như mắt, tai, và mũi. Phép chiếu đặc trưng hóa một khuôn mặt cá nhân thông qua tổng trọng số của các đặc trưng eigenface, và vì vậy để nhận diện một khuôn mặt cụ thể, chỉ cần so sánh các trọng số này với những người đã biết. Một số ưu điểm cụ thể của cách tiếp cận này là nó cung cấp khả năng học và sau đó nhận diện các khuôn mặt mới mà không cần giám sát, và nó rất dễ triển khai bằng cách sử dụng kiến trúc mạng nơ-ron.

Tóm tắt Chụp cắt lớp phát xạ positron (PET) và chụp cộng hưởng từ chức năng (fMRI) đã được sử dụng rộng rãi để khám phá giải phẫu chức năng của các chức năng nhận thức. Ở đây, chúng tôi xem xét 275 nghiên cứu PET và fMRI về sự chú ý (bền vững, chọn lọc, Stroop, định hướng, chia sẻ), cảm nhận (đối tượng, khuôn mặt, không gian/chuyển động, mùi), hình ảnh (đối tượng, không gian/chuyển động), ngôn ngữ (nhận biết từ viết/nói, phản hồi nói/không nói), trí nhớ làm việc (văn bản/số, đối tượng, không gian, giải quyết vấn đề), truy hồi trí nhớ nghĩa (phân loại, tạo ra), mã hóa trí nhớ hồi ức (văn bản, đối tượng, không gian), truy hồi trí nhớ hồi ức (văn bản, phi ngôn ngữ, thành công, nỗ lực, chế độ, ngữ cảnh), khơi gợi (cảm nhận, khái niệm), và trí nhớ quy trình (huấn luyện, học kỹ năng động cơ và phi động cơ). Để xác định các mô hình kích hoạt đồng nhất liên quan đến các hoạt động nhận thức này, dữ liệu từ 412 sự tương phản đã được tóm tắt ở mức độ các vùng vỏ não Brodmann, vùng insula, vùng đồi, thùy thái dương giữa (bao gồm cả hồi hải mã), hạch nền và tiểu não. Đối với cảm nhận và hình ảnh, các mô hình kích hoạt bao gồm các vùng chính và phụ trong các con đường lưng và bụng. Đối với sự chú ý và trí nhớ làm việc, thường thấy kích hoạt ở vùng trán trước và vùng đỉnh. Đối với ngôn ngữ và truy hồi trí nhớ nghĩa, các vùng điển hình bao gồm vùng trán trái và vùng thái dương. Đối với mã hóa trí nhớ hồi ức, các vùng được kích hoạt nhất quán bao gồm vùng trán trái và vùng thái dương giữa. Đối với truy hồi trí nhớ hồi ức, các mô hình kích hoạt bao gồm vùng trán trước, vùng thái dương giữa và các vùng giữa sau. Đối với khơi gợi, việc giảm kích hoạt ở các vùng trán trước (khái niệm) hoặc vùng ngoại vi (cảm nhận) đã được quan sát thường xuyên. Đối với trí nhớ quy trình, các kích hoạt đã được tìm thấy ở các khu vực não động cơ cũng như phi động cơ. Phân tích các kích hoạt khu vực trong các lĩnh vực nhận thức gợi ý rằng một số vùng não, bao gồm cả tiểu não, tham gia vào nhiều thách thức nhận thức khác nhau. Những quan sát này được thảo luận liên quan đến sự chuyên biệt chức năng cũng như sự tích hợp chức năng.

Tóm tắt Có khả năng điều chỉnh nhận thức các phản ứng cảm xúc đối với các sự kiện khó chịu là điều quan trọng cho sức khỏe tâm thần và thể chất. Tuy nhiên, còn rất ít thông tin về cơ sở thần kinh của việc kiểm soát cảm xúc thông qua nhận thức. Nghiên cứu hiện tại đã sử dụng chức năng cộng hưởng từ để xem xét các hệ thống thần kinh được sử dụng để đánh giá lại các cảnh tiêu cực cao với những thuật ngữ không cảm xúc. Việc đánh giá lại các cảnh tiêu cực cao đã làm giảm trải nghiệm chủ quan về cảm xúc tiêu cực. Các tương quan thần kinh của việc đánh giá lại là sự gia tăng hoạt động của các vùng vỏ não trước bên và giữa và giảm hoạt động của hạch hạnh và vỏ não dưới trước giữa. Những phát hiện này hỗ trợ giả thuyết rằng vỏ não trước tham gia vào việc xây dựng các chiến lược đánh giá lại có thể điều chỉnh hoạt động trong nhiều hệ thống xử lý cảm xúc khác nhau.

Chúng tôi mô tả một phương pháp tuyến tính toàn diện để giải quyết vấn đề hình ảnh hoạt động của não với độ phân giải thời gian cũng như không gian cao, dựa trên việc kết hợp dữ liệu EEG và MEG với các ràng buộc giải phẫu thu được từ hình ảnh MRI. "Bài toán nghịch" của việc ước lượng phân bố cường độ dipole qua bề mặt vỏ não là một bài toán có nhiều ẩn số, ngay cả khi có các ghi nhận EEG và MEG gần nhau. Chúng tôi đã đạt được các giải pháp tốt hơn nhiều cho vấn đề này bằng cách tích cực kết hợp cả hướng vỏ não cục bộ cũng như hiệp phương sai không gian của các nguồn và cảm biến vào công thức của chúng tôi. Một mô hình đa giác rõ ràng của đa tạp vỏ não được xây dựng như sau: (1) dữ liệu cắt trong ba mặt phẳng song song (các voxel dạng kim) được kết hợp với một kỹ thuật làm mờ tuyến tính để tạo ra một hình ảnh 3-D độ phân giải cao duy nhất (các voxel lập phương), (2) hình ảnh được flood-fill tái diễn để xác định hình học của ranh giới xám-trắng, và (3) bề mặt liên tục thu được được tinh chỉnh bằng cách làm mềm nó so với hình ảnh xám-đen 3-D gốc bằng cách sử dụng phương pháp mẫu biến dạng, cũng được sử dụng để làm phẳng vỏ não một cách tính toán nhằm dễ dàng quan sát hơn. Giải pháp rõ ràng cho một công thức tối ưu hóa việc giảm thiểu lỗi của một toán tử tuyến tính nghịch lý (cho một đa tạp vỏ não cụ thể, vị trí cảm biến, tiếng ồn và hiệp phương sai nguồn trước) dẫn đến một biểu thức gọn gàng có thể tính toán được cho hàng trăm cảm biến và hàng nghìn nguồn. Giải pháp nghịch có thể được cân nhắc cho một sự kiện cụ thể (được trung bình) bằng cách sử dụng hiệp phương sai cảm biến cho sự kiện đó. Các nghiên cứu mô hình gợi ý rằng chúng tôi có thể định vị nhiều nguồn vỏ não với độ phân giải không gian tốt như PET bằng kỹ thuật này, trong khi vẫn giữ được hình ảnh chi tiết hơn về hoạt động theo thời gian.

Chín nghiên cứu trước đây về chụp cộng hưởng positron (PET) trong việc xử lý thông tin thị giác ở con người đã được phân tích lại để xác định mức độ đồng nhất giữa các thí nghiệm về sự giảm lưu lượng máu trong các nhiệm vụ chủ động so với việc xem thụ động cùng một mảng kích thích. Các khu vực cho thấy sự giảm đồng nhất trong các nhiệm vụ chủ động bao gồm hồi đàn hồi sau/bán cầu cục (khu vực Brodmann, BA 31/7), vỏ não thái dương phải (BA 40 và 39/19) và vỏ não thái dương trái (BA 40), vỏ não trán ngoài bên trái (BA S), vùng vỏ não trán dưới bên trái (BA 10/47), và vỏ não thái dương dưới bên trái (BA 20), một dải các vùng vỏ não trán ở trục lưng-bụng (BA 8, 9, 10 và 32), và hạch hạnh nhân bên phải. Các thí nghiệm liên quan đến quá trình ngôn ngữ có xu hướng cho thấy sự giảm lớn hơn so với các thí nghiệm không liên quan đến ngôn ngữ. Xu hướng này chủ yếu phản ánh sự gia tăng lưu lượng máu ở một số khu vực trong điều kiện thụ động của các thí nghiệm ngôn ngữ (so với một điều kiện kiểm soát cố định không có kích thích nhiệm vụ nào xuất hiện) và sự giảm nhẹ lưu lượng máu trong điều kiện thụ động của các thí nghiệm không ngôn ngữ. Khi các nhiệm vụ chủ động được tham chiếu đến điều kiện cố định, kích thước tổng thể của sự giảm lưu lượng máu trong các nhiệm vụ ngôn ngữ và không ngôn ngữ là tương tự nhau, nhưng sự khác biệt đã được tìm thấy giữa các vùng vỏ não. Sự giảm mạnh hơn được ghi nhận ở hồi đàn hồi sau/bán cầu cục (BA 31/7) và vỏ não thái dương dưới bên phải (BA 40) trong các nhiệm vụ liên quan đến ngôn ngữ và rõ rệt hơn ở vỏ não trán dưới bên trái (BA 10/47) trong các nhiệm vụ không ngôn ngữ. Sự giảm lưu lượng máu không cho thấy sự khác biệt đáng kể giữa các trạng thái nhiệm vụ chủ động trong một thí nghiệm, nhưng nhiệm vụ tạo động từ tạo ra sự giảm lớn hơn so với nhiệm vụ đọc trong thùy chẩm trái và phải (BA 40) và hồi đàn hồi sau/bán cầu cục (BA 31/7), trong khi nhiệm vụ đọc tạo ra sự giảm lớn hơn ở vỏ não trán dưới bên trái (BA 10/47). Các hiệu ứng này phản ánh các phát hiện giữa các thí nghiệm trong phép so sánh ngôn ngữ-không ngôn ngữ. Sự giảm lưu lượng máu tích cực so với thụ động có thể phản ánh hoạt động giảm do các quá trình nhiệm vụ chủ động mà có thể tổng quát trên các nhiệm vụ hoặc sự gia tăng hoạt động do các quá trình nhiệm vụ thụ động đang bị đình chỉ trong các nhiệm vụ chủ động. Sự gia tăng hoạt động trong điều kiện thụ động có thể phản ánh các quá trình đang diễn ra, như là những suy nghĩ viện dẫn bằng lời không bị hạn chế và việc giám sát môi trường bên ngoài, cơ thể và trạng thái cảm xúc.

Tóm tắt Kinh nghiệm có ảnh hưởng sâu sắc đến não bộ và do đó, đến hành vi. Khi tác động của kinh nghiệm lên não bộ đặc biệt mạnh mẽ trong một khoảng thời gian hạn chế trong sự phát triển, khoảng thời gian này được gọi là giai đoạn nhạy cảm. Những giai đoạn như vậy cho phép kinh nghiệm hướng dẫn các mạch thần kinh để xử lý hoặc đại diện thông tin theo cách mà có lợi cho cá nhân. Khi kinh nghiệm cung cấp thông tin cần thiết cho sự phát triển bình thường và thay đổi hiệu suất một cách vĩnh viễn, những giai đoạn nhạy cảm này được gọi là các giai đoạn quan trọng. Mặc dù các giai đoạn nhạy cảm được phản ánh trong hành vi, nhưng chúng thực sự là một thuộc tính của các mạch thần kinh. Các cơ chế tính dẻo ở mức độ mạch được bàn luận mà đã được chứng minh là hoạt động trong suốt các giai đoạn nhạy cảm. Một giả thuyết được đề xuất rằng kinh nghiệm trong một giai đoạn nhạy cảm làm thay đổi cấu trúc của một mạch theo những cách cơ bản, khiến cho một số kiểu kết nối trở nên cực kỳ ổn định và do đó, được ưa chuộng về mặt năng lượng. Tính dẻo xảy ra sau khi kết thúc giai đoạn nhạy cảm, mà là rất lớn trong nhiều mạch, làm thay đổi các mô hình kết nối trong các giới hạn kiến trúc được thiết lập trong suốt giai đoạn nhạy cảm. Những sở thích trong một mạch mà phát sinh từ kinh nghiệm trong các giai đoạn nhạy cảm được minh họa một cách đồ họa như là những thay đổi trong một “cảnh quan ổn định,” một phép ẩn dụ đại diện cho những đóng góp tương đối của các ảnh hưởng di truyền và kinh nghiệm trong việc hình thành các khả năng xử lý thông tin của một mạch thần kinh. Bằng cách hiểu các giai đoạn nhạy cảm ở mức độ mạch, cũng như hiểu mối quan hệ giữa các thuộc tính của mạch và hành vi, chúng ta có được cái nhìn sâu sắc hơn vào vai trò quan trọng mà kinh nghiệm đóng trong việc hình thành sự phát triển của não bộ và hành vi.

Tóm tắt Các nhà nghiên cứu đã lâu nay tranh luận về việc tri thức về bản thân có đặc thù về mặt cấu trúc chức năng trong não người hay không. Trong bối cảnh chức năng ghi nhớ, tri thức về bản thân thường được ghi nhớ tốt hơn so với các loại thông tin ngữ nghĩa khác. Nhưng tại sao hiệu ứng ghi nhớ này lại xuất hiện? Mở rộng nghiên cứu trước đây về chủ đề này (xem Craik et al., 1999), nghiên cứu hiện tại đã sử dụng hình ảnh cộng hưởng từ chức năng liên quan đến sự kiện để điều tra các cơ sở thần kinh tiềm ẩn của quá trình xử lý tự tham chiếu. Những người tham gia đã được chụp hình trong khi đưa ra đánh giá về các hình thái tính từ dưới ba điều kiện thực nghiệm (sự liên quan đến bản thân, sự liên quan đến người khác hoặc đánh giá hình thức). Các đánh giá về sự liên quan, khi so sánh với các đánh giá hình thức, đã kèm theo sự kích hoạt của vỏ não trán dưới bên trái và hồi củ. Một vùng riêng biệt của vỏ não trước trán giữa đã được tham gia chọn lọc trong quá trình xử lý tự tham chiếu. Tập hợp lại, các phát hiện này gợi ý rằng quá trình xử lý tự tham chiếu có thể tách bạch về mặt chức năng so với các hình thức xử lý ngữ nghĩa khác trong não người.