Invasive neurophysiology and whole brain connectomics for neural decoding in patients with brain implants

连接组学 脑-机接口 癫痫 神经科学 解码方法 神经调节 计算机科学 神经生理学 大脑活动与冥想 脑电图 连接体 心理学 医学 功能连接 中枢神经系统 电信
作者
Timon Merk,Richard M. Köhler,Victoria Peterson,Laura Freire Lyra,Jonathan Vanhoecke,Meera Chikermane,Thomas S. Binns,Ningfei Li,Ashley Walton,Alan Bush,Nathan Sisterson,Johannes Rødbro Busch,Roxanne Lofredi,Jeroen Habets,Julius Huebl,Guanyu Zhu,Zixiao Yin,Baotian Zhao,Angela Merkl,Malek Bajbouj
出处
期刊:Research Square - Research Square [Research Square (United States)]
被引量:13
标识
DOI:10.21203/rs.3.rs-3212709/v1
摘要

Abstract Brain computer interfaces (BCI) provide unprecedented spatiotemporal precision that will enable significant expansion in how numerous brain disorders are treated. Decoding dynamic patient states from brain signals with machine learning is required to leverage this precision, but a standardized framework for identifying and advancing novel clinical BCI approaches does not exist. Here, we developed a platform that integrates brain signal decoding with connectomics and demonstrate its utility across 123 hours of invasively recorded brain data from 73 neurosurgical patients treated for movement disorders, depression and epilepsy. First, we introduce connectomics-informed movement decoders that generalize across cohorts with Parkinson’s disease and epilepsy from the US, Europe and China. Next, we reveal network targets for emotion decoding in left prefrontal and cingulate circuits in DBS patients with major depression. Finally, we showcase opportunities to improve seizure detection in responsive neurostimulation for epilepsy. Our platform provides rapid, high-accuracy decoding for precision medicine approaches that can dynamically adapt neuromodulation therapies in response to the individual needs of patients.
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