Vector-Based Approach for the Detection of Initial Dips Using Functional Near-Infrared Spectroscopy

Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) is a non-invasive method for the detection of local brain activity using changes in the local levels of oxyhemoglobin (oxyHb) and deoxyhemoglobin (deoxyHb). Simultaneous measurement of the levels of oxyHb and deoxyHb is an advantage of fNIRS over other modalities. This review provides a historical description of the physiological problems involved in the accurate identification of local brain activity using fNIRS. The need for improved spatial and temporal identification of local brain activity is described in terms of the physiological challenges of task selection and placement of probes. In addition, this review discusses challenges with data analysis based on a single index, advantages of the simultaneous analysis of multiple indicators, and recently established composite indicators. The vector-based approach provides quantitative imaging of the phase and intensity contrast for oxygen exchange responses in a time series and may detect initial dips related to neuronal activity in the skull. The vector plane model consists of orthogonal vectors of oxyHb and deoxyHb. Initial dips are hemodynamic reactions of oxyHb and deoxyHb induced by increased oxygen consumption in the early tasks of approximately 2–3 seconds. The new analytical concept of fNIRS, able to effectively detect initial dips, may extend further the clinical and social applications of fNIRS

Influence of Early Bilingual Exposure in the Developing Human Brain.

190 p.La adquisición del lenguaje es un proceso que ese encuentra determinado tanto por mecanismos de desarrollo cognitivo, como por la experiencia lingüística durante los primeros años de vida. Aunque se trata de un proceso relativamente complejo, los bebés muestran una gran habilidad para el aprendizaje del lenguaje. Un entorno de aprendizaje lingüístico bilingüe podría considerarse aun más complejo, ya que los bebés están expuestos a las características lingüísticas de dos lenguas simultáneamente. En primer lugar, los bebés que crecen en un entorno bilingüe tienen que ser capaces de darse cuenta de que están expuestos a dos lenguas diferentes, y posteriormente deben separar y aprender las características especificas de cada una de ellas; por ejemplo, los distintos fonemas, palabras o estructuras gramaticales. Aunque la exposición lingüística total de los bebés bilingües debería ser comparable a la de los bebés monolingües, es probable que la exposición a cada una de las lenguas de su entorno sea menor, ya que tienen que dividir su tiempo de exposición entre ambas. Si bien los bebés bilingües parecen no tener problemas para enfrentarse a un contexto de aprendizaje potencialmente más complejo, ya que alcanzan las distintas etapas de adquisición del lenguaje a un ritmo similar a los bebés monolingües, sí se han observado adaptaciones a nivel conductual y a nivel de funcionamiento cerebral que podrían producirse como consecuencia de este contexto.Basque Center on cognition, brain and languag

Influence of Early Bilingual Exposure in the Developing Human Brain.

190 p.La adquisición del lenguaje es un proceso que ese encuentra determinado tanto por mecanismos de desarrollo cognitivo, como por la experiencia lingüística durante los primeros años de vida. Aunque se trata de un proceso relativamente complejo, los bebés muestran una gran habilidad para el aprendizaje del lenguaje. Un entorno de aprendizaje lingüístico bilingüe podría considerarse aun más complejo, ya que los bebés están expuestos a las características lingüísticas de dos lenguas simultáneamente. En primer lugar, los bebés que crecen en un entorno bilingüe tienen que ser capaces de darse cuenta de que están expuestos a dos lenguas diferentes, y posteriormente deben separar y aprender las características especificas de cada una de ellas; por ejemplo, los distintos fonemas, palabras o estructuras gramaticales. Aunque la exposición lingüística total de los bebés bilingües debería ser comparable a la de los bebés monolingües, es probable que la exposición a cada una de las lenguas de su entorno sea menor, ya que tienen que dividir su tiempo de exposición entre ambas. Si bien los bebés bilingües parecen no tener problemas para enfrentarse a un contexto de aprendizaje potencialmente más complejo, ya que alcanzan las distintas etapas de adquisición del lenguaje a un ritmo similar a los bebés monolingües, sí se han observado adaptaciones a nivel conductual y a nivel de funcionamiento cerebral que podrían producirse como consecuencia de este contexto.Basque Center on cognition, brain and languag

FUNCTIONAL NEUROIMAGING OF VENTRAL AND DORSAL STREAM PATHWAYS IN THE MACAQUE AUDITORY SYSTEM

One fundamental goal of the brain is to predict sensory events in the environment in order to spatially direct actions. In vision, the ability to identify and locate objects depends on two cortical pathways: a ventral “what” stream supporting object recognition and a dorsal “where” stream supporting object localization. While this hierarchical model received strong support in vision, in audition the analogues functional roles have remained rather elusive, particularly for the dorsal “where” stream. Thus, the objective of this thesis was to explore the functional roles of auditory ventral and dorsal stream pathways in the macaque brain. We first explored the representational structure of natural sounds in early regions of the ventral pathway utilizing single-unit electrophysiology. We then used functional magnetic resonance imaging (fMRI) to map the representation of natural sounds along the ventral pathway including regions outside auditory cortex. Finally, using high-field fMRI we examined the functional representation of acoustic space in auditory cortical regions. Overall, our work confirms the role of the ventral stream in decoding sound identity and extends the evidence suggesting that vocalizations carry information that is represented outside auditory cortex. Moreover, our work in the dorsal stream also confirms the role of a posterior dorsal cortical region specialized in processing spatial information and reconciles competitive theories of spatial coding in auditory cortex. However, our space work also indicates a fundamental difference in the representation format for acoustic space in auditory cortex as compared to visual cortex. Taken together, our work confirms the functional roles of the ventral and dorsal streams and suggests incorporating subcortical level processes in the cortical model for a more integrated framework of acoustic processing in the primate brain

Human central auditory plasticity: A review of functional nearâ infrared spectroscopy (fNIRS) to measure cochlear implant performance and tinnitus perception

Peer Reviewedhttps://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/146915/1/lio2185_am.pdfhttps://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/146915/2/lio2185.pd

Oszillatorische Gamma-Band-Aktivität bei der Verarbeitung auditorischer Reize im Kurzzeitgedächtnis im MEG

Recent studies have suggested an important role of cortical gamma oscillatory activity (30-100 Hz) as a correlate of encoding, maintaining and retrieving auditory, visual or tactile information in and from memory. It was shown that these cortical stimulus representations were modulated by attention processes. Gamma-band activity (GBA) occurred as an induced response peaking at approximately 200-300 ms after stimulus presentation. Induced cortical responses appear as non-phase-locked activity and are assumed to reflect active cortical processing rather than passive perception. Induced GBA peaking 200-300 ms after stimulus presentation has been assumed to reflect differences between experimental conditions containing various stimuli. By contrast, the relationship between specific oscillatory signals and the representation of individual stimuli has remained unclear. The present study aimed at the identification of such stimulus-specific gamma-band components. We used magnetoencephalography (MEG) to assess gamma activity during an auditory spatial delayed matching-to-sample task. 28 healthy adults were assigned to one of two groups R and L who were presented with only right- or left-lateralized sounds, respectively. Two sample stimuli S1 with lateralization angles of either 15° or 45° deviation from the midsagittal plane were used in each group. Participants had to memorize the lateralization angle of S1 and compare it to a second lateralized sound S2 presented after an 800-ms delay phase. S2 either had the same or a different lateralization angle as S1. After the presentation of S2, subjects had to indicate whether S1 and S2 matched or not. Statistical probability mapping was applied to the signals at sensor level to identify spectral amplitude differences between 15° and 45° stimuli. We found distinct gamma-band components reflecting each sample stimulus with center frequencies ranging between 59 and 72 Hz in different sensors over parieto-occipital cortex contralateral to the side of stimulation. These oscillations showed maximal spectral amplitudes during the middle 200-300 ms of the delay phase and decreased again towards its end. Additionally, we investigated correlations between the activation strength of the gamma-band components and memory task performance. The magnitude of differentiation between oscillatory components representing 'preferred' and 'nonpreferred' stimuli during the final 100 ms of the delay phase correlated positively with task performance. These findings suggest that the observed gamma-band components reflect the activity of neuronal networks tuned to specific auditory spatial stimulus features. The activation of these networks seems to contribute to the maintenance of task-relevant information in short-term memory.Ergebnisse aus aktuellen Studien legen nahe, dass kortikale oszillatorische Aktivität im Gamma-Bereich (30-100 Hz) eine wichtige Rolle für verschiedene kognitive Prozesse spielt. Dazu zählen das Kodieren, die Aufrechterhaltung und der Abruf auditorischer, visueller oder taktiler Informationen in das bzw. aus dem Gedächtnis. Es konnte gezeigt werden, dass diese kortikale Aktivität durch Aufmerksamkeitsprozesse beeinflusst wird. Gamma-Aktivität trat bei vorangegangenen Untersuchungen als induzierte Antwort ca. 200-300 ms nach Stimuluspräsentation auf. Es wird angenommen, dass diese nicht phasengebundenen kortikalen Reizantworten aktive kortikale Verarbeitungs-prozesse widerspiegeln. In früheren Studien wurde induzierte Gamma-Aktivität während der Aufrechterhaltung von Stimulusinformationen über Regionen gefunden, die an der Verarbeitung aufgabenrelevanter Reizmerkmale beteiligt sind. Diese Antworten im Gamma-Bereich spiegelten Unterschiede zwischen verschieden experimentellen Bedingungen wider, jedoch ist wenig über die Repräsentation spezifischer Stimuluseigenschaften durch Gamma-Aktivität bekannt. Mit der vorliegenden Studie haben wir versucht, solche stimulus spezifischen Gamma-Komponenten zu untersuchen. Dafür verwendeten wir Magnetenzephalographie (MEG) und eine auditorische räumliche “delayed matching-to-sample“ Aufgabe. 28 gesunde Erwachsene wurden dabei zwei verschiedenen Gruppen zugeordnet. Gruppe R bekam rechtslateralisierte Stimuli präsentiert, während diese in Gruppe L linkslateralisiert waren. Dabei unterschieden sich die Reize nur in ihrer räumlichen Charakteristik, die Klangmuster blieben unverändert. In beiden Gruppen wurden zwei Beispielstimuli S1 mit Lateralisierungswinkeln von 15° bzw. 45° verwendet. Die Probanden mussten sich den Lateralisierungswinkel von S1 merken und anschließend mit einem zweiten Stimulus S2, der nach einer Verzögerungsphase von 800 ms präsentiert wurde, vergleichen. S2 hatte dabei entweder den gleichen Lateralisierungswinkel wie S1, oder unterschied sich darin von dem ersten Stimulus. Nach der Präsentation von S2 mussten die Probanden signalisieren, ob die Lateralisierungswinkel der beiden Stimuli übereinstimmten oder nicht. Die Signale der einzelnen Sensoren wurden mit einem statistischen Wahrscheinlichkeitsmapping untersucht. Dabei wollten wir Unterschiede in der spektralen Amplitude für Stimuli mit 15° bzw. 45° Lateralisierungswinkel identifizieren. Wir konnten spezifische Gamma-Aktivität für alle Beispielstimuli nachweisen. Die Signale wurden im Bereich von 59-72 Hz gefunden und waren über dem parieto-okzipitalen Kortex jeweils kontralateral zur stimulierten Seite lokalisiert. Die maximalen Spektralamplituden dieser Oszillationen traten während der mittleren 200-300 ms der Verzögerungsphase auf und nahmen zu ihrem Ende hin ab. Zusätzlich haben wir Korrelationen zwischen der Aktivierungsstärke der Gamma-Komponenten und dem Abschneiden bei der Gedächtnisaufgabe untersucht. Dabei zeigte sich, dass der Unterschied der oszillatorischen Antworten auf bevorzugte und nicht-bevorzugte Stimuli während der letzten 100 ms der Verzögerungsphase positiv mit der Leistung in der Gedächtnisaufgabe korrelierte. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass die beobachteten Gamma Komponenten die Aktivität neuronaler Netzwerke, die auf die Verarbeitung räumlicher auditorischer Information spezialisiert sind, widerspiegeln. Die Aktivierung dieser Netzwerke scheint zur Aufrechterhaltung aufgabenbezogener Information im Kurzzeitgedächtnis beizutragen

Semantic radical consistency and character transparency effects in Chinese: an ERP study

BACKGROUND: This event-related potential (ERP) study aims to investigate the representation and temporal dynamics of Chinese orthography-to-semantics mappings by simultaneously manipulating character transparency and semantic radical consistency. Character components, referred to as radicals, make up the building blocks used dur...postprin