利用多模态光学脑成像研究前额叶静息态功能连接

多模态光学脑成像包括近红外光谱及漫射相关谱,前者探测大脑皮层的血氧代谢水平,而后者测量皮层的脑血流.皮层血氧代谢和血流是不同的两类血液动力学参量,可以从不同方面反映大脑的神经活动强度. 本研究利用多模态光学脑成像测量了人脑前额叶的静息态功能连接. 10个正常成年人参加了实验测量,分别用近红外光谱和漫射相关谱在前额叶的相同位置记录了大脑8分钟的自发波动信号,测量覆盖区域包括左侧额下皮层及左背外侧前额叶. 低频段血氧代谢信号（包括含氧血红蛋白、脱氧血红蛋白及总血红蛋白浓度）用来揭示基于血氧信号的静息态功能连接,而相同频段的脑血流信号用来确定基于脑血流的静息态功能连接. 两类血液动力学参量的静息态功能连接均揭示:背外侧前额叶区域内的连接大于背外侧前额叶与额下皮层之间的区域间连接,显示相邻的背外侧前额叶和额下皮层是不同的功能区域. 此外定量比较基于两类血液动力学参量的功能连接发现,基于血氧代谢的连接有更大的连接强度,表明在同一个功能区内,静息时血氧代谢信号的时间同步性更高.     

利用自举法与相干矢量虚部研究脑电信号的连通性

多导联脑电信号之间的连通性分析有助于了解脑的不同分区之间的信息交互。为了研究实验任务引起的脑区之间的连通性,提出了一种结合自举法与相干矢量虚部的统计分析方法,并用于研究左、右手运动想象任务中的信息交互。结果表明:在单侧的运动想象任务中,辅助运动皮层与对侧的运动前区及初级运动感觉皮层具有广泛的联结关系,同时提示受试是采用具有肌肉感觉的运动想象模式。该方法简洁、意义明确,可以进一步应用在脑-机接口及事件相关电位的研究中。     

利用自举法与相干矢量虚部研究脑电信号的连通性

多导联脑电信号之间的连通性分析有助于了解脑的不同分区之间的信息交互。为了研究实验任务引起的脑区之间的连通性,提出了一种结合自举法与相干矢量虚部的统计分析方法,并用于研究左、右手运动想象任务中的信息交互。结果表明:在单侧的运动想象任务中,辅助运动皮层与对侧的运动前区及初级运动感觉皮层具有广泛的联结关系,同时提示受试是采用具有肌肉感觉的运动想象模式。该方法简洁、意义明确,可以进一步应用在脑-机接口及事件相关电位的研究中。     

探测静息状态大脑活动的关键区域

负激活作为一种定量分析静息状态脑活动的方法对脑功能成像研究具有重要意义．文中关注不同认知任务下的负激活信息,结合复杂网络理论,提取三个试验任务(符号方向判别、数字加和与汉字字形认知)的负激活点分别构建网络,发现三个网络均具有小世界特性．同时计算了网络的度值和介数值,推测出扣带回\楔前叶,额叶是静息状态下大脑活动的关键区域．提出了一种研究静息状态下大脑活动的新方法,通过这种方法获得的信息不同于体素逐点分析获得的局部激活信息．它反映了大脑任意两个体素点间的关联性以及在静息状态下大脑活动的整体协作关系．     

实弹射击瞄准期间大脑alpha波频段功率特性研究

目的：在实弹射击条件下,研究瞄准期间脑电信号（EEG）中alpha波频段的功率特性,及其与射击成绩的关系。方法：采用Holter-16D便携式脑电信号放大器,采集参加全国司法警察大比武陕西代表队选拔集训的法警在射击训练中的EEG,通过功率谱分析和时频分析,得到被试alpha主频（IAF）、左右颞区alpha波段功率差值。结论：1.在静息态时,射击运动想象时所运用的alpha波类型划分方法不能完全适用于实弹射击前的静息态中。2.在实弹射击瞄准期间,左右脑alpha波频段功率偏差值与alpha波集中于左颞区的趋势呈正相关。3.在实弹射击中,瞄准期间左右脑alpha波频段功率偏差值与射击成绩呈正相关。     

实弹射击瞄准期间大脑alpha波频段功率特性

在实弹射击条件下,研究瞄准期间脑电信号(EEG)中alpha波频段的功率特性,及其与射击成绩的关系。采用Holter-16D便携式脑电信号放大器,采集参加全国司法警察大比武陕西代表队选拔集训的法警在射击训练中的EEG。通过功率谱分析和时频分析,得到被试alpha主频(IAF)、左右颞区alpha波段功率差值。结论是:(1)在静息态时,射击运动想象时所运用的alpha波类型划分方法不能完全适用于实弹射击前的静息态中。(2)在实弹射击瞄准期间,左右脑alpha波频段功率偏差值与alpha波集中于左颞区的趋势呈正相关。(3)在实弹射击中,瞄准期间左右脑alpha波频段功率偏差值与射击成绩呈正相关。     

脑疲劳状态下脑功能网络研究与分析

旨在研究连续长时间脑力活动引发的脑疲劳对大脑连接性的影响,探索大脑疲劳评价的客观指标.通过持续认知任务实验诱发脑疲劳,选用互相关方法对采集到的脑电信号进行了不同导联间时域关联特性分析,构建并比较分析了正常态和脑疲劳态的脑功能网络.最后基于复杂网络理论对脑功能网络的特征参数进行了统计分析.结果表明,持续认知任务后,主观感觉疲劳程度显著增加,脑功能网络的平均度、平均聚类系数和网络密度与正常态相比均显著降低,而平均路径长度显著增大.脑功能网络参数可以很好地反映脑疲劳后大脑的连接性变化情况.     

静息态亚健康失眠脑功能网络分析

针对亚健康失眠者根据匹兹堡睡眠质量指数筛选被试参与实验,利用128导脑电（EEG）分析仪,提取静息态64导脑电信号,通过多通道脑电信号同步性分析,脑功能网络的构建和分析,研究亚健康失眠者与健康人脑电信号的特异性差异,同时进一步比较分析亚健康失眠者与健康人脑电的负相关特性.分析结果表明亚健康失眠者与健康人相比,脑电信号同步性降低,脑功能网络的连接减弱,大脑的活跃度降低,并且这种差异性在脑电负相关特性中表现更为明显.     

思维脑电信号的关联维数分析

采用G-P算法计算了5种不同心理作业下的思维脑电信号的关联维数。计算结果表明:对同一个电极上的脑电数据而言,心算乘法和想象几何图形旋转这两种心理作业下平均关联维数的值比较大。这说明当大脑进行心算乘法和想象几何图形旋转时,大脑皮层神经元的活动加剧,导致脑电信号变的复杂。此外,每种心理实验作业下电极01、02处脑电信号关联维数值均较大,表明枕区皮层神经元相对于大脑皮层其他部位的神经元始终处于比较活跃的状态。     

不同麻醉深度下大鼠脑活动的复杂性分析

为了研究大鼠在不同麻醉深度下大脑活动的变化，探测麻醉深度对其脑电信号（EEG）的影响，采用KC复杂度和谱熵对不同麻醉深度下的EEG及其4个主要频段信号进行了复杂性分析．结果发现：随着麻醉深度的加深，EEG的KC复杂度和谱熵的值都随之减小，反之亦然，且KC复杂度在区分麻醉深度的变化方面比谱熵更为灵敏、准确；在麻醉状态下，delta频段是EEG信号的优势频段，正是它的动态变化主导了EEG信号的变化过程．     

脑波音乐干预疲劳的效果和机制探索

疲劳干预与缓解一直是脑科学领域研究的重要问题，其中音乐干预已成为疲劳的调节措施之一。然而，现有音乐对疲劳的干预效果参差不齐。目前，有研究使用脑电信号转化成的音乐——脑波音乐进行生理状态调控，其在多项调控研究中(疼痛、睡眠等)表现出了积极的干预效果，我们猜想携带生理信息的脑波音乐对疲劳可能具有更佳的干预效果。为了探索脑波音乐干预疲劳的效果和机制，本工作招募了75名健康大学生，随机分为4组，在利用自主设计的范式对被试进行疲劳诱发后，分别让他们聆听游戏态脑波音乐、睁眼静息态脑波音乐、非脑波音乐和无声刺激进行疲劳干预。实验全程记录被试脑电信号，并让被试在音乐干预前后填写疲劳自评量表。对音乐干预前后的疲劳行为数据的分析显示，游戏态脑波音乐、睁眼静息态脑波音乐和非脑波音乐均对疲劳具有干预效果，而其中游戏态脑波音乐的效果最为显著；进一步的脑电脑网络分析结果揭示了游戏态脑波音乐可使被试在beta频段下前额叶、额叶、顶叶、双侧颞叶和枕叶间的连接减弱。     

基于重复经颅磁刺激的脑功能网络分析

基于脑功能网络探究重复经颅磁刺激对大脑皮层神经交互作用的影响.利用基于图论的复杂网络理论,进行了经颅磁刺激作用于皮层所诱发脑电信号的脑功能网络分析.采用重复刺激对大脑运动区进行刺激,分别构建了安静状态下、磁刺激运动区状态下的脑电信号的脑功能网络,对脑功能网络全局参数和局部参数进行了图像直观表述和统计学分析.结果发现,磁刺激运动区状态下相比于安静状态下的脑功能网络全局参数和局部参数都发生了明显改变,经统计学分析对比具有显著性差异.     

睡眠剥夺影响大脑功能区状态的非线性评价

采用近似熵研究睡眠剥夺（sleep deprivation，SD）对脑认知功能的影响，评价SD引起的大脑功能区状态的非线性变化．12名受试者在正常睡眠和一夜SD之后分别接受视觉注意力测试，记录自发脑电和诱发脑电，采用二维插值构建19导脑电近似熵脑信息图（brain information map，BIM）．结果表明，在SD状态下，自发脑电的近似熵在全脑范围内有不同程度的下降，额叶处大脑偏侧性发生变化，复杂度的中心从左脑转移到右脑；前额叶处诱发脑电近似熵值降低，而顶叶和颞叶处则升高．脑电近似熵可以作为指标来评价SD对脑认知功能的负向影响，BIM的变化趋势与从生理学及影像学角度的分析相吻合，与线性方法的研究结论一致，在一定程度上可以反映大脑功能状态，提供一条评价脑功能区状态变化趋势的思路．     

基于复杂网络的磁刺激穴位特异性研究

关于穴位特异性的存在目前尚存争议.首次从复杂网络角度,研究磁刺激合谷穴与磁刺激外关穴作用功效的异同.采集两组健康被试静息态与刺激态下的脑电信号并进行预处理;采用皮尔逊统计指标相关系数考察通道间的关联程度,并对每组10个被试静息态与刺激态近18 000对关联强度值进行统计学分析;计算网络指标节点强度值、介数值,并进行统计学分析.研究结果发现,与合谷穴组相比,外关穴组显著影响的连接不仅包括左额叶与顶叶及枕叶的连接,还包括右额叶与左中央区的连接;网络指标在不同穴位刺激下的变化存有显著差异.本文在证实磁刺激穴位能够改变皮质可塑性的同时,也为进一步证明穴位特异性的存在提供了理论依据.     

睡眠剥夺下人脑功能脑网络分析

在静息态和睡眠剥夺下分别获取了人脑f MRI数据,通过小波变换提取功能磁共振的时间序列,计算人脑116个脑区的相关性,发现在睡眠剥夺下人脑功能连接相较于静息态下有明显的变化,连接强度、聚类系数、特征路径长度、网络效率、小世界特性都有明显的变化;睡眠剥夺下脑区点效率变化在大脑脑区的激活增强居多,大脑激活补偿增强,而在小脑脑区点效率减弱比较明显,且影响小脑脑区数量相对于大脑更多,这表明睡眠剥夺对小脑影响比大脑更加明显。     

ICA+DMN方法在抑郁症诊断中的应用

功能磁共振成像(fMRI)作为一种工具,用于预测临床信息,如疾病的诊断及预测等,然而由于fMRI数据的高维性使得对其进行数据分析成为一个重要的研究课题,独立成分分析算法(ICA)常用于任务态下的fMRI数据的处理.本文提出将独立成分分析和默认模式脑网络(DMN)结合的方法,并将其应用于静息态的fMRI数据,可以根据大脑静息态下fMRI数据诊断出是否患有抑郁症,实验结果表明,此方法对处理静息态的fMRI数据的处理有一定的效果,正确率达到73.68%,可以为抑郁症患者提供辅助诊断治疗方法.     

阿尔茨海默症三网动力学因果性分析

为深入探究阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease, AD)对患者大脑功能网络之间因果性连接的具体损伤情况,采用非线性的因果性分析方法——收敛交叉映射方法,区别于传统的基于线性模型的脑网络分析方法,研究在静息状态下阿尔茨海默症对默认模式网络(DMN)、中央执行网络(CEN)和显著网络(SN)中各个脑区之间因果性连接的影响,以及这种变化与临床认知水平指标之间的关联性。研究结果显示,静息状态下阿尔茨海默症患者的DMN、CEN和SN网络脑区之间的因果性连接普遍降低,而DMN和CEN网络中的因果性连接变化与认知行为相关性较强。本文研究从动力学角度探索了阿尔茨海默症对大脑3个重要功能网络因果性连接的损伤情况,可为深入理解静息态下AD大脑内在的动力学变化特征提供帮助。     

基于有向网络的人物信息诱发脑电信号特征

基于熟人和陌生人的视听觉信息,通过记录对应的脑电信号,对大脑在熟人和陌生人信息刺激下的认知机制展开研究.首先,通过记录被试在视听刺激下的脑电信号,得到对应不同刺激下的事件相关脑电位.通过计算不同导联间的相位传递熵构建有向功能网络,最后对重点网络参数进行分析.结果表明,相比陌生人信息诱发的有向网络,熟人信息诱发网络中关键节点的作用加强,网络聚集能力增强;熟人信息诱发网络的连接更加趋向于全脑化,不同脑区间的信息交换加强,整个网络结构更有利于完成对熟人信息的识别.     

注意力缺陷多动障碍儿童神经反馈治疗前后 脑电信号相位同步分析

本研究比较theta/beta神经反馈治疗前后ADHD儿童脑电相位同步的改变,分析不同脑区脑电相位耦合情况。研究数据为神经反馈前后16例ADHD儿童和16例健康儿童闭眼静息态脑电,计算theta和beta频段左右半球中心区与各脑区相位同步。研究结果表明,神经反馈治疗后左右半球中心区与前额叶、左颞中叶的theta频段相位同步显著降低,与右半球颞叶的相位同步显著增加;beta频段额叶、中心区、顶叶和枕叶的相位同步性显著增加,左颞中叶相位同步性降低,右颞叶相位同步性增加,并趋向健康儿童水平。神经反馈训练对脑电相位同步有积极的影响,相位同步分析法结合ADHD临床量表将更加充分、准确地评估ADHD神经反馈治疗效果。     

长期参与有氧运动大学生执行功能相关脑网络特征

本研究旨在探索长期参与有氧运动的男性大学生执行功能相关脑网络的特征,并与静坐少动的对照组进行比较。收集15名规律参与有氧运动的男性大学生以及15名静坐少动对照组男性大学生脑结构及静息态功能磁共振成像数据。使用度中心度和独立成分分析两种方法评价脑网络特征：计算并提取14个执行功能相关脑区度中心度值（degree centrality, DC）,采用独立成分分析方法（independent component analysis, ICA）提取四个与执行功能相关的脑网络成分。组间对比发现：1）有氧运动组双侧后扣带回皮层以及双侧海马区度中心度水平显著高于静坐少动组（p < 0.05）,而静坐少动组右侧顶下小叶度中心度水平显著高于有氧运动组（p < 0.05）;2）有氧运动组在默认网络、背侧注意网络及腹侧注意网络均有脑区激活高于静坐少动组,峰值分别出现在右颞下回、颞极以及左腹侧后扣带回（AlphaSim校正,p < 0.001）;而静坐少动组腹侧注意网络在左侧在壳核高于有氧运动组（AlphaSim校正,p < 0.001）。研究结果表明：长期参与有氧运动的大学生,其执行功能相关脑网络激活模式优于静坐少动大学生,而这种差异主要是通过增加海马和后扣带回皮层而不是额叶皮层在脑网络中的重要性来实现的。