Mobile Brain/Body Imaging of Spatial Navigation

空间导航的移动脑/身体成像

基本信息

项目摘要

The goal of this proposal is to investigate the cortical dynamics that support spatial orienting during active human movement in space reflecting the integration of idiothetic information from the visual, the vestibular, and the kinesthetic system. This overall objective shall help to develop theories of spatial navigation and how different senses contribute to spatial orienting. Furthermore, the proposed experiments aim at modeling the brain dynamics accompanying visual and vestibular information on physical rotation and translation in space, and how these contribute to spatial updating. Finally, investigating the brain dynamics originating in or near the retrosplenial complex (RSC), a brain structure that is central to spatial orienting, will contribute to identifying potential different computational functions of this structure. To this end, we will compare active physical spatial orienting with visual flow orienting in a series of experiments. To record the human brain dynamics during mobile spatial orienting electroencephalography (EEG), full-body motion capture, and head mounted virtual reality will be synchronized. To image the recorded activity, data-driven analyses approaches will be used to investigate the interdependencies between human brain dynamics, physical movement, and cognitive processes. The last decade has brought recording technologies that allow a recording of EEG activity in mobile participants outside standard laboratory settings. Data-driven analyses approaches were developed that allow for separating brain and non-brain activities. Despite these developments, the standard approach to investigating human cognition requires participants to avoid movement and focuses on analyses at the sensor level. To further our understanding of the brain dynamics that accompany natural cognitive processes that are tight to and make use of our physical structure, we propose to image the brain dynamics during spatial orienting in actively moving participants. Imaging of brain dynamics has to provide information about when specific cortical structures demonstrate systematic changes in activity that can be linked to aspects of cognition and behavior. Electrophysiological data provide the temporal resolution necessary to deliver precise insights into the time course of information processing. The brain dynamics accompanying spatial orienting integrating movement-related idiothetic feedback are unknown. This proposal aims to overcome the existing limitations to brain imaging studies of spatial orienting by using mobile brain/body imaging. This will allow conclusions as to how the brain represents idiothetic information, how this information is used for spatial orienting, and how the brain dynamics of idiothetic information processing contribute to individual differences in spatial tasks.
该建议的目的是研究在空间中积极运动过程中支持空间取向的皮质动力学,以反映视觉,前庭和动觉系统的习惯信息的整合。这一总体目标应有助于发展空间导航的理论,以及不同的感官如何促进空间取向。此外,提出的实验旨在建模有关空间中物理旋转和翻译的视觉和前庭信息的大脑动力学,以及这些信息如何有助于空间更新。最后,研究起源于脑后复合物(RSC)的大脑动力学(RSC)是一种脑结构,这是空间取向的核心,将有助于确定该结构的潜在不同计算功能。为此,我们将在一系列实验中比较主动物理空间定向与视觉流向的定向。为了记录移动空间定向脑电图(EEG)期间人类脑动力学,全身运动捕获以及头部安装的虚拟现实将被同步。为了图像记录的活动,将使用数据驱动的分析方法来研究人脑动力学,身体运动和认知过程之间的相互依赖性。最近十年带来了记录技术,允许在标准实验室环境之外的移动参与者中记录脑电图活动。开发了数据驱动的分析方法,可以分离大脑和非脑活动。尽管有这些发展,但研究人类认知的标准方法要求参与者避免运动,并专注于传感器级别的分析。为了进一步了解伴随着紧密的自然认知过程并利用我们的物理结构的理解,我们建议在积极移动的参与者的空间取向过程中图像大脑动力学。大脑动力学的成像必须提供有关特定皮质结构何时证明可以与认知和行为方面相关的活动的系统变化的信息。电生理数据提供了为信息处理时间过程提供精确见解所需的时间分辨率。伴随于空间取向整合运动相关的惯用反馈的大脑动力学尚不清楚。该建议旨在通过使用移动脑/身体成像来克服对空间取向的大脑成像研究的现有局限性。这将得出结论,即大脑如何代表习惯信息,该信息如何用于空间取向以及习惯信息处理的大脑动力学如何促进空间任务的个体差异。

项目成果

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A Bayesian framework for unifying data cleaning, source separation and imaging of electroencephalographic signals
  • DOI:
    10.1101/559450
  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    A. Ojeda;Marius Klug;K. Kreutz-Delgado;K. Gramann;J. Mishra
  • 通讯作者:
    A. Ojeda;Marius Klug;K. Kreutz-Delgado;K. Gramann;J. Mishra
Heading computation in the human retrosplenial complex during full-body rotation
全身旋转期间人体压后复合体的航向计算
  • DOI:
    10.1101/417972
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Gramann;Hohlefeld;Gehrke
  • 通讯作者:
    Gehrke
Identifying key factors for improving ICA-based decomposition of EEG data in mobile and stationary experiments
  • DOI:
    10.1111/ejn.14992
  • 发表时间:
    2020-10-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Klug, Marius;Gramann, Klaus
  • 通讯作者:
    Gramann, Klaus
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