A multi-session simultaneous EEG-fMRI dataset with repeated experience sampling
本文展示了一个由24名健康成年人参与的多会话同步EEG-fMRI数据集，该数据集以BIDS格式组织，结合了连续的行为数据、心理健康调查以及重复的经验采样，旨在研究自发思维的神经相关性以及跨会话脑行为关系的可靠性。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
人类的心智很少处于静止状态。即使当我们静坐时，眼睛睁开却并未聚焦于任何特定事物，我们的思绪依然在忙碌地运转。它们会飘向过去的记忆、未来的计划、对当天的担忧，或是仅仅作为一种活在肉体中的单纯感受。科学家将这种状态称为“心智游离”（mind-wandering），它占据了我们近一半的清醒时间。长期以来，研究人员只能猜测这些思绪漂移时刻大脑内部发生了什么。他们可以要求人们报告自己在想什么，或者可以拍摄大脑活动的图像，但无法同时以足够的细节将两者联系起来。
为了理解大脑，科学家经常使用两种不同的工具。一种被称为功能性磁共振成像（fMRI）的工具，就像一部慢动作摄像机，显示特定区域内大脑的哪些部分处于活跃状态。它非常擅长展示位置，但移动速度太慢，无法捕捉到电信号快速闪烁的过程。另一种工具是脑电图（EEG），它通过头皮上的传感器记录大脑发生的电活动，捕捉到了思维的速度，但在精准定位大脑中该活动具体来自何处方面表现欠佳。当研究人员试图将这两种工具结合使用时，扫描仪强大的磁场会产生巨大的电噪声，淹没掉微弱的大脑信号，使数据看起来就像收音机里的静电噪音。
一组研究人员现在已经克服了这些障碍，创造了一份关于静息状态下心智的详细记录。他们召集了二十四名健康的成年人，让他们躺在强大的磁共振成像扫描仪中，并佩戴一个装满传感器的特制帽子。目标是在参与者让思绪游离的同时，实时观察大脑电化学活动的展开情况。为了确保捕捉到的是真实的思维而非随机的噪声，研究人员使用了一种巧妙的方法。大约每隔一分钟，屏幕上就会出现一个温和的提示，要求参与者评价自己当前的心智状态。他们被要求描述自己的想法是关于自身还是他人，感觉是精力充沛还是疲惫，以及思维是在自由移动还是停滞不前。这一过程重复了数十次，使科学家能够将特定的意识体验直接与那一秒钟发生的大脑活动联系起来。
这项研究主要包含两个部分。首先，参与者执行了一项旨在测试专注力的任务。他们观看一段图像流，主要是城市景象，其中混杂了一些山脉场景。他们被告知看到城市时按下按钮，看到山脉时则按住不动。这项任务揭示了大脑如何处理注意力，以及当心智开始游离时是如何出错的。第二点，也是对于理解游离心智更为重要的部分，参与者只是盯着屏幕上的一个十字准星，任由思绪随心所欲地飘荡。在这些安静的时刻，研究人员使用了一种涉及内置在传感器帽中的微型线圈的特殊技术。这些线圈充当参考信号，测量扫描仪本身产生的电干扰。通过在数学上减去这种干扰，团队得以清理数据，并看到隐藏在下方的真实大脑信号。这使得他们即使在机器嗡嗡作响并围绕着他们震动时，也能高精度地捕捉到大脑的电律动。
研究结果为我们描绘了一幅清晰的画面，展示了当我们停止关注外部世界时会发生什么。当参与者在注意力任务中成功抑制按键时，大脑中的特定网络会被激活，特别是那些涉及察觉重要变化和控制运动的区域。然而，当他们出现错误或反应时间变得不稳定时，大脑表现出不同的模式，其活动转向了一种暗示失去控制的状态。在静息期间，数据显示大脑在不执行任务时并不会简单地关闭。相反，它保持着高度活跃，并在不同的思维状态之间循环。研究人员发现，人们对自己想法的评价——无论是觉得专注于过去、未来还是自身——都与独特的大脑活动模式相关联。例如，关于自我的想法和关于未来的想法往往聚集在一起，而关于他人的想法和关于过去的想法则形成了另一组簇类。
这些联系的可靠性是其中最重要的发现之一。研究人员在两个不同的日子里（有时间隔数周）对每位参与者进行了扫描。他们发现，大脑电信号与参与者报告的思想之间的关系在不同阶段是一致的。这表明，我们的大脑支持内在体验的方式是一种稳定的特征，而非随机的波动。研究还证实，在大脑游离这些时刻，其活动并非混乱无序，而是遵循着可以被测量和理解的有组织模式。通过提供一个包含大脑电学和化学视图以及参与者详细思维报告的大规模、高质量数据集，这项工作为理解人类心智开启了一扇新的大门。它为科学家提供了一张强大的地图，用以探索大脑如何生成定义我们日常生活的丰富且连续的意识流，即便是在我们无所事事的时候。
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