Use of quantitative computed tomography (CT) to evaluate bone mineral density was suggested in the 1970s. Despite its reliability and accuracy, technical shortcomings restricted its usage, and dual-energy X-ray absorptiometry (DXA) became the gold standard evaluation method. Advances in CT technology have reduced its previous limitations, and CT evaluation of bone quality may now be applicable in clinical practice. The aim of this study was to determine if the Hounsfield unit (HU) values obtained from CT correlate with patient age and bone mineral density.A total of 128 female patients who underwent lumbar CT for back pain were enrolled in the study. Their mean age was 66.4 years. Among them, 70 patients also underwent DXA. The patients were stratified by decade of life, forming five age groups. Lumbar vertebrae L1-4 were analyzed. The HU value of each vertebra was determined by averaging three measurements of the vertebra's trabecular portion, as shown in consecutive axial CT images. The HU values were compared between age groups, and correlations of HU value with bone mineral density and T-scores were determined.The HU values consistently decreased with increasing age with significant differences between age groups (p<0.001). There were significant positive correlations (p<0.001) of HU value with bone mineral density and T-score.The trabecular area HU value consistently decreases with age. Based on the strong positive correlation between HU value and bone mineral density, CT-based HU values might be useful in detecting bone mineral diseases, such as osteoporosis.

Abstract Brain-computer interfaces (BCIs) can restore the functions of communication and control in people with paralysis. In addition to the currently proven functions restored by BCIs, it would enrich life if one could regain a function of musical activity. However, it remains largely unknown whether it is feasible to decode imagined musical information directly from neural activity. Among various musical information, this study aimed to decode pitch information directly from scalp electroencephalography (EEG). Twenty healthy participants performed a task to imagine one of the seven musical pitches (C4 – B4) randomly. To find EEG features for pitch imagination, we took two approaches: exploring multi-band spectral power at individual channels (IC); and exploring power differences between bilaterally symmetric channels (DC). We classified these features into the seven pitch classes using various types of classifiers. The selected spectral power features revealed marked contrasts between left and right hemispheres, between low-, (<13 Hz) and high-frequency (> 13 Hz) bands, and between frontal and parietal areas. The best classification performance for seven pitches was obtained using the IC feature and SVM with the average accuracy of 35.68±7.47% (max. 50%) and the average information transfer rate (ITR) of 0.37±0.22 bits/sec. Yet, when we decoded a different number of classes ( K = 2 ∼ 6) by grouping adjacent pitches, ITR was similar across K as well as between IC and DC features, suggesting efficiency of DC features. This study would be the first to demonstrate the feasibility of decoding imagined musical pitch directly from human EEG.

Somatosensory feedback is crucial for precise control of our body and thereby affects various sensorimotor-related brain areas for movement control. Electrical stimulation on the primary somatosensory cortex (S1) elicits various artificial somatosensations. However, replicating the spatiotemporal dynamics of somatosensory feedback and fine control of elicited somatosensation are still challenging. Furthermore, how and where the somatosensory feedback interacts with neural activity for sensorimotor processing is unclear. Here, we replicate the spatiotemporal dynamics of somatosensory feedback and control the quality of elicited somatosensation using multi-site direct cortical stimulation (DCS). We also investigate how and where the neural feedback activity interacts with neural activity for motor processing by stimulating the downstream areas of the S1. We found that multi-site DCS on the S1 elicits different sensations simultaneously. Using the artificial feedback, blindfolded patients could efficiently perform a DCS-guided reach-and-grasp task successfully. Interestingly, we also found that multi-site DCS close to each other elicits different qualities of somatosensation in the same body part. Additionally, we found that DCS on the ventral premotor area (vPM) can affect hand grasping with eliciting artificial sensation of the hand. Throughout this study, we showed that semi-invasive, macro-level, and multi-site DCS can precisely elicit/modulate somatosensations in human. We suggest that activation of multiple cortical areas elicits simultaneous and independent somatosensations and that interplay among the stimulated sites can change the somatosensation quality. Finally, the results of vPM stimulation indicate that vPM has a critical role in function-specific sensorimotor interactions, such as hand grasping.

Erector spinae plane block (ESPB) can has been used for analgesia after lumbar spine surgery. However, its effect on postoperative quality of recovery (QoR) remains underexplored in patients undergoing transforaminal lumbar interbody fusion (TLIF) or oblique lumbar interbody fusion (OLIF). This study hypothesized that ESPB would improve postoperative QoR in this patient cohort.

During the first year of the COVID-19 pandemic, the Republic of Korea (ROK) experienced three epidemic waves in February, August, and November 2020. These waves, combined with the overarching pandemic, significantly influenced trends in spinal surgery. This study aimed to investigate the trends in degenerative lumbar spinal surgery in ROK during the early COVID-19 pandemic, especially in relation to specific epidemic waves. Using the National Health Information Database in ROK, we identified all patients who underwent surgery for degenerative lumbar spinal diseases between January 1, 2019 and December 31, 2020. A joinpoint regression was used to assess temporal trends in spinal surgeries over the first year of the COVID-19 pandemic. The number of surgeries decreased following the first and second epidemic waves (p<0.01 and p = 0.34, respectively), but these were offset by compensatory increases later on (p<0.01 and p = 0.05, respectively). However, the third epidemic wave did not lead to a decrease in surgical volume, and the total number of surgeries remained comparable to the period before the pandemic. When compared to the pre-COVID-19 period, average LOH was reduced by 1 day during the COVID-19 period (p<0.01), while mean hospital costs increased significantly from 3,511 to 4,061 USD (p<0.01). Additionally, the transfer rate and the 30-day readmission rate significantly decreased (both p<0.01), while the reoperation rate remained stable (p = 0.36). Despite the impact of epidemic waves on monthly surgery numbers, a subsequent compensatory increase was observed, indicating that surgical care has adapted to the challenges of the pandemic. This adaptability, along with the stable total number of operations, highlights the potential for healthcare systems to continue elective spine surgery during public health crises with strategic resource allocation and patient triage. Policies should ensure that surgeries for degenerative spinal diseases, particularly those not requiring urgent care but crucial for patient quality of life, are not unnecessarily halted.

ABSTRACT In previous studies, higher (broadband) and lower (narrowband) components of high-gamma (HG) activity (approximately from 50 to 150 Hz) have different functions and origins in the primary visual cortex (V1). However, in the primary somatosensory cortex (S1), it is unknown whether those are similarly segregated. Furthermore, the origin and functional role of S1 HG activity still remain unclear. Here, we investigate their roles by measuring neural activity during vibrotactile and texture stimuli in humans. Also, to estimate their origins, S1 layer-specific HG activity was measured in rats during somatosensory stimulation. In the human experiment, with texture stimulation, the lower HG activity (LHG, 50-70 Hz) in S1 represents the intensity of the sustained mechanical stimulus. In the vibrotactile experiment, the higher HG (HHG, 70 -150 Hz) activity in S1 depended on the ratio of low and high mechanical frequencies with its pattern being a mixture of neural activity for low and high mechanical frequencies. Furthermore, 8 texture types could be classified using power values of HHG activity, while the classification using LHG activity showed poor performance. In the rat experiment, we found that both HHG and LHG activities are highest in the somatosensory input layer (layer IV), similar to previous visual cortex studies. Interestingly, analysis of spike-triggered LFP (stLFP) revealed significant HG oscillations during pressure stimulation with the stLFP HG power most significant in layer IV, suggesting that both LHG and HHG activities are closely related to the neuronal firing in layer IV. In summary, LHG activity represents the intensity of tactile sensation, while HHG activity represents the detail of the surface geometry of objects interacting with skin. Additionally, low and high mechanical frequencies are processed in parallel in S1. Finally, both HHG and LHG originated in layer IV of S1.

ABSTRACT The neural processes underlying the perception of prominently heard voices (figure) and less prominently heard voices (ground), particularly when this prominence is naturally reversed while listening to music, remain inadequately investigated. We investigated changes in frontotemporal connectivity in response to figure–ground reversal within multivoiced music using Mozart’s variation KV 265, including the “Twinkle, Twinkle, Little Star (TTLS)” melody based on our previous study of frontotemporal connectivity (TTLS connectivity), influenced by the emergence of the TTLS melody in the upper voice at the beginning of each variation, and independent of lower voices. We examined the consistency of the TTLS connectivity pattern across repetitions of the same phrases within each variation. Notably, TTLS connectivity changed only for the final repetition between variations sharing the same TTLS melody. This result indicates a perceptual reversal, processing the TTLS melody initially perceived as figure into the ground. Our data effectively illustrate how the brain dissects voices within the multidimensional structures of continuously changing music, reconstructing them through a momentary switch in figure–ground processes. These findings provide valuable insights into the neural processes associated with the dynamic experience of listening to music, a ubiquitous aspect of human life.

In real music, the original melody may appear intact, with little elaboration only, or significantly modified. Since a melody is most easily perceived in music, hearing significantly modified melody may change a brain connectivity. Mozart KV 265 is comprised of an original melody of "Twinkle Twinkle Little Star" with its significant variations. We studied whether effective connectivity changes with significantly modified melody, between bilateral inferior frontal gyri (IFGs) and Heschl's gyri (HGs) using magnetoencephalography (MEG). Among the 12 connectivities, the connectivity from the left IFG to the right HG was consistently increased with significantly modified melody compared to the original melody in 2 separate sets of the same rhythmic pattern with different melody (p = 0.005 and 0.034, Bonferroni corrected). Our findings show that the modification of an original melody in a real music changes the brain connectivity.

Abstract The cerebral cortical changes associated with propofol-induced unconsciousness remain unknown. While the anesthetic agent affects the entire cerebral cortices, there might be spatiotemporal differences in cortical changes. In particular, we hypothesized that there might be spatiotemporal differences in cortical changes with propofol-anesthesia. To address this hypothesis, we investigated power spectrum changes in electrocorticography (ECoG) signals obtained during the induction phase from awake state to unconsciousness. We found that, 1) the power increased in the range of frequencies < 46 Hz (delta to low gamma), and decreased in the range (62–150) Hz (high gamma), in global channels during the induction phase. 2) The power in the frontoparietal network (FPN), specifically the superior parietal lobule and prefrontal cortex, started to change early, but took a long time to completely change. However, the power in the default mode network (DMN) started to change late, but took a short time to completely change. 3) The power change ( ΔPower ) in the DMN was more conspicuous than that of the dorsal attention network (DAN) in high gamma frequency. Considering that the FPN is involved in communication with the external world and that DMN is involved in communication with self, loss of consciousness induced by general anesthesia results from first, disrupted communication between self and external world, and is then followed by disrupted communication within self, with decreased activity of the FPN, and later, attenuated activity of the DMN. Significance Statement We investigated the spatiotemporal changes of power spectrum in human electrocorticography (ECoG) during the induction phase from awake state to unconsciousness. We found that from delta to low gamma frequency, the power increased, while in high gamma frequency, the power decreased over all channels. The power in the frontoparietal network (FPN) preferentially changed, then the power in the DMN changed later. The power in DMN decreased more than those in other RSNs in high gamma frequency. Loss of consciousness induced by general anesthesia results from first, disrupted communication between self and external world, followed by disrupted communication within self, with decreased activity of the FPN, and later, attenuated activity of the DMN.

Encoding artificial perceptions through brain stimulation, especially that of higher cognitive functions such as speech perception, is one of the most formidable challenges in brain-computer interfaces (BCI). Brain stimulation has been used for functional mapping in clinical practices for the last 70 years to treat various disorders affecting the nervous system, including epilepsy, Parkinson's disease, essential tremors, and dystonia. Recently, direct electrical stimulation has been used to evoke various forms of perception in humans, ranging from sensorimotor, auditory, and visual to speech cognition. Successfully evoking and fine-tuning artificial perceptions could revolutionize communication for individuals with speech disorders and significantly enhance the capabilities of brain-computer interface technologies. However, despite the extensive literature on encoding various perceptions and the rising popularity of speech BCIs, inducing artificial speech perception is still largely unexplored, and its potential has yet to be determined. In this paper, we examine the various stimulation techniques used to evoke complex percepts and the target brain areas for the input of speech-like information. Finally, we discuss strategies to address the challenges of speech encoding and discuss the prospects of these approaches.