睡眠剥夺对脑认知和脑电复杂性的影响

为研究睡眠对大脑功能的影响，考察了正常睡眠与睡眠剥夺情况下脑认知能力的变化，分析了两种状态下自发脑电和事件相关电位复杂性的差异．通过事件相关电位P300的潜伏期与幅度反映不同状态下的脑认知能力，采用小波熵方法分析其复杂性．实验采用数字脑电图仪记录19导脑电信号，用OB序列诱发视觉事件相关电位．结果发现，睡眠剥夺组的靶刺激反应时间明显增长，而P300幅度显著降低、潜伏期明显增加；小波熵分析结果表明，与正常睡眠组比较，睡眠剥夺组自发脑电的256点小波熵和事件相关电位的32点小波熵均值都显著降低．故得出结论：睡眠剥夺对人的认知和脑电复杂性均产生了负向影响．因此，睡眠对维持大脑的功能具有重要作用．     

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rs-fMRI数据的脑功能网络构建与分析

从脑网络的角度研究大脑功能脑区之间的连接关系,对于理解大脑的工作方式乃至探究精神疾病的病理机制具有重要意义。本文基于静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)数据,计算264个脑区间的相关性,提出了3个合理的假设来确定相关系数阈值,构建出相应的脑功能网络。通过计算网络的聚类系数和平均最短路径长度等属性,结果表明脑功能网络具有小世界特性。针对脑区节点数大于信号时间序列长度情况下的偏相关计算,提出了一种矩阵变换法,获得脑区间的偏相关系数,能够消除其他节点的间接影响。最后在标准脑图上实现了脑功能网络连接关系的可视化。实验证明本文的构建和分析算法是可行的,为脑功能网络分析提供了有益的探索。     

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.     

基于脑电的磁刺激神门穴脑功能网络研究

研究磁刺激神门穴状态下与静息状态下9名健康被试的脑电信号样本,分别构建两种状态下的脑功能网络,并对不同的网络测度进行分析.首次从复杂网络角度探索神门穴的治病机理,期望为穴位磁刺激疗法提供实验参考.分析结果表明磁刺激神门穴时脑电信号之间的关联系数值相比静息状态下降低,平均聚类系数、平均最短特征路径长度以及平均度在阈值区间均发生显著变化,小世界属性指标增强,并存在显著性差异(P<0.01).磁刺激神门穴状态下各节点通道间的紧密程度降低、连接情况较为松散、网络中各节点同步能力减弱、效率降低、网络规模减小,这时的大脑很可能处于一种比较镇静的状态而有利于睡眠的产生.     

静息态人脑功能网络的小世界特性

研究了静息态下健康人脑的功能连接模式有助于理解人脑在正常或疾病状态下的功能活动规律.利用小波变换从健康志愿者静息态的功能磁共振成像中提取时间序列,计算90个脑区的相关性,设定阈值建立脑功能网络的无向简单图,然后计算特征路径长度和聚类系数,并对度分布进行拟合.结果显示:脑功能网络具有规则网络的大聚集系数又具有随机网络的小特征路径长度,度的拟合显示具有指数截断幂律分布,即脑功能网络具有小世界特性.     

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.     

普拉提运动想象的脑电功率谱分析

神经可塑性技术和运动疗法已经在大脑功能障碍疾病的康复中得到了广泛应用,但仍然缺乏科学依据。针对此问题,本文对受过普拉提训练的大学生在静息和运动想象过程中脑电功率谱进行分析。结果发现与静息状态相比,普拉提运动想象会引起整个脑区的Alpha主峰频率显著增加,前额和额中央区的Beta主峰频率显著增加。该研究统计结果表明普拉提运动确实能够改善大脑神经网络之间的连接,进而影响特定脑区的功能,这可能为将来普拉提运动的推广和将普拉提运动想象应用于脑功能疾病康复领域提供了参考依据。     

孤独症儿童静息态脑电Gamma频段功能网络研究

有研究表明,孤独症儿童的功能障碍可能和脑电中的Gamma频段异常有关。通过采集17例孤独症儿童和17例正常儿童睁眼静息态脑电,利用定向传递函数方法计算导联间的因果连接,构建Gamma频段(35~50 Hz)功能网络。用图论方法分析两组差异。结果表明相同阈值下,孤独症儿童脑功能网络全局效率、局部效率以及节点度均低于正常对照组儿童。提示孤独症儿童认知、行为异常可能与其大脑Gamma频段连接较弱、信息整合效率较低有关。     

运动态人脑默认模式网络脑电信息传递动力学行为分析

为探究人体进行运动相关任务时大脑默认模式网络与其他脑区间的连接规律，基于运动及运动想象脑电信号公开数据集，通过快速傅里叶变换对不同状态下的脑电信号划分频段并进行滑动加窗处理，得到静息与运动态下同皮层不同频段的平均时间序列。采用动态传递熵的构造方法，分析默认模式网络到运动皮层、默认模式网络到前额叶皮层的信息交互，并在多个数据集下进行显著性检验。将动态传递熵的分析方法结合逻辑回归、决策树、XGBoost算法对不同任务进行分类研究，结果表明：大脑不同皮层功能区在进行不同任务时具有显著差异；相较于静息态，前额叶皮层和运动皮层在运动过程中更加活跃，γ频段相较其他频段也更加活跃；相较于静息态，运动态及运动想象态下默认模式网络到运动皮层、默认模式网络到前额叶皮层的信息交互都更强烈，其结果在不同样本空间的显著性检验P值小于0.025,此方法稳健；脑电信号动态传递熵方法可以将机器学习算法的分类准确率提高20%以上。研究可为运动态脑电信号辨识提供理论参考。     

静息状态下脑网络建模及功能连接特性

实验采集静息状态下功能磁共振成像数据,经预处理后结合种子相关分析方法、t-检验法以及复杂网络理论和方法构建正常人脑功能网络.针对脑网络构建中种子相关分析法存在阈值设定随意性大的问题,引入两个原则,即设定的阈值需保证网络的整体性和小世界特性,使建立的脑网络模型充分具有实际系统的特征.在建模基础上进一步研究脑网络功能连接特性,发现网络具有明显的小世界特性;并通过计算网络中心化指标推测出后扣带回、楔前叶、楔叶以及顶上小叶等是静息状态下脑功能网络的关键脑区.     

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．     

任务背景下腹侧注意功能网络的fMRI研究

基于静息状态的功能磁共振成像(functional MRI,fMRI)已经成为当前人脑功能研究的重要手段之一,本研究采用任务背景来获取一种更为"纯净"的静息状态,其中脑区的"任务背景"被定义为那些不会激活感兴趣脑区的任务.由于到目前为止还不清楚在"任务背景"下人脑除默认网络外的其他"高级"功能网络内部是否被中断,本文研究了人脑听觉背景下腹侧注意网络内部的功能连接.结果表明在听觉背景下该网络内部存在显著的功能连接,这一结果说明简单的感觉任务不会中断人脑的腹侧注意网络.本研究首次证明在任务背景下,除默认网络之外,人脑还有一些高级功能网络内部存在显著功能连接.     

静息状态脑活动及其脑功能成像

目前应用无创性磁共振功能成像技术的脑功能成像研究常把无任务的静息状态作为对照,特定的脑功能区活动是任务状态脑活动与对照状态相减所得.但是近年来研究发现,所谓静息状态时大脑也存在功能活动.显然这种脑活动将会影响与目的任务相关的脑功能成像结果以及对这种结果的解释.因此理解静息状态脑活动及其生理意义,对解释脑功能成像的结果以及全面了解大脑功能具有重要意义.文中就静态脑活动的研究背景、存在证据、活动特点、生理意义及其功能成像研究进展做简要评述.     

基于静息态fMRI的人脑功能网络的小世界特性

从19个健康志愿者静息态的功能磁共振成像中提取了时间序列,计算了90个脑区的功能相关性,设定阈值建立脑功能网络的无向简单图,然后计算了一些网络测度.结果显示人脑功能网络具有小世界特性;性别分层后并没有发现各网络测度在全脑水平有显著性的性别差异.     

基于主成分分析和Granger因果检验的手动任务脑功能效应连接

提出了一种基于Granger因果关系检验和主成分分析的fMRI数据效应连接方法,并将两种方法有效联合研究手动任务下激活皮层的因果效应连接。该方法首先由统计参数图法(SPM)组分析得到任务激活脑空间图,选取感兴趣区域(ROI);其次通过主成分分析提取ROI内fMRI信号的时间主成分,以此特征作为时间参考信息;最后计算参考区域与大脑其余每个体素之间的Granger因果关系,并映射到全脑,形成Granger因果图(Granger Causality Map,GCM)。理论和试验结果阐明了提出方法的有效性及可靠性。运用该方法研究人脑运动功能脑区在手动任务下的效应连接GCM,验证了运动功能神经网络理论。     

慢性吸烟者的脑静息态fMRI局部一致性研究

为了纵向研究慢性吸烟者在未戒烟和戒烟一段时间后静息态局部脑功能活动发生的变化,本文结合功能磁共振成像(fMRI)和局部一致性(ReHo)方法,对12名慢性吸烟的健康志愿者,在未戒烟和戒烟一周后的脑静息态扫描数据进行组内比较分析,结果:与未戒烟状态相比,吸烟者戒烟一周后额叶(左侧眶内额叶、右侧额中回、右侧背外侧额叶)、左侧楔前叶、左侧后扣带皮层、左侧楔叶和右侧初级运动皮层的ReHo显著降低;双侧颞上回、左侧距状裂沟回、左侧舌回、左侧梭状回、左侧海马旁回、右侧中央后回和左侧豆状壳核的ReHo显著增强。研究表明,慢性吸烟者在戒烟一周后上述脑区的神经元活动一致性发生了变化,这为ReHo应用于戒烟疗法提供了一定依据。     

基于复杂网络的三种眼睛状态下脑功能连通性比较

尝试构建不同眼睛状态下的静息态脑功能网络,研究睁眼、闭眼和自由状态下的大脑网络拓扑结构差异.招募了13例被试者,用一台3T的西门子磁共振仪,获取了3种眼睛静息状态下各8min的功能磁共振数据,并同时采集了结构像.随后,构建3组被试者的功能连通矩阵,计算其复杂网络的全局特征系数、局部特征系数等测度参数.对测度进行方差分析与双样本t检验,以统计分析被试者之间的差异.我们发现,所有的状态在合适的稀疏度下,展现了小世界特性;相比于其他状态,闭眼状态下的全局效率较低.自由状态在复杂网络的各项测度上接近睁眼状态.综上所述,该项研究展现了睁眼、闭眼、自由状态对人脑功能连通网络的影响,并为眼睛状态如何影响功能磁共振实验提供了关键的证据.     

大学新生网络成瘾的静息态脑功能结构特征

为了找出涉及网络成瘾(IAD)机制的关键脑区,同时探查IAD者脑功能和结构特征,招募IAD组和对照组大学新生被试,扫描和比较分析静息态功能磁共振和结构磁共振数据.结果表明:网络成瘾者的右枕叶和右舌回的静息态脑自发活性呈亢进,左眶额叶呈降低;右海马旁回、右枕叶和右舌回的皮层灰质密度显著降低;右枕叶的功能和结构异常水平都与网络成瘾量表(IAT)分显著相关.右枕叶在网络成瘾的发病机制中的作用值得进一步探察.     

脑网络社团连接在轻度认知障碍分类中的应用

轻度认知障碍(mild cognitive impairment,MCI)发展成为阿尔茨海默病(alzheimer’s disease,AD)的概率极高,因此对于MCI的早诊尤为重要。本研究首次选取模块桥梁连接数作为分类特征,精确直观地反映出各功能脑区连接的异常损失。首先利用"堆结构"的贪婪算法模块化MCI和正常人(normal control,NC)的静息态功能脑网络,之后根据连接介数中心性去除网络中冗余功能连接,选取模块间与模块内桥梁连接数作为分类特征。该研究利用支持向量机对NC和MCI进行识别,平均分类正确率达92.89%,且统计分析显示两组被试在模块内及模块间的桥梁连接数有明显差异,其中默认网络、边缘系统的差异最为显著,这与先前研究基本一致。