基于局域社团的人类脑功能网络生成模型

研究了人类脑功能区域间拓扑结构与解剖结构两种因素对脑功能网络建模的影响,提出了基于局域社团的人类脑功能网络生成模型.模型中的局域社团拓扑结构采用功能区域间的共同邻居及邻居间的局域连接表示,解剖结构用人脑区域间的解剖距离代表.为了衡量模型生成网络与基于fMRI数据构建的真实数据网络之间的相似性,提出了用于校验网络间接近程度的相似性能量指标.实验结果表明,相比传统生成模型,基于局域社团的脑功能网络生成模型在网络效益、聚集系数、模块性、度分布等属性方面都能够更精确地模拟真实数据网络.     

基于图论的分裂型人格障碍多加权脑结构网络研究

基于图论方法分析分裂型人格障碍(SPD)患者与健康对照在脑结构网络局部和全局参数上的差异.根据Brainnetome脑图谱将大脑皮层划分为246个脑区,利用扩散加权图像重建脑白质神经纤维束,构建以神经纤维束条数、密度、长度和优化的密度为加权方式的脑结构网络.计算网络节点参数和全局参数,通过假设检验找出具有显著性差异的脑区.结果发现,SPD患者与健康人的脑结构网络在全局参数上无显著性差异;在节点参数上,6个脑区存在显著性差异;差异脑区在位置上显示出左右脑不对称性,在功能上与认知、情感和感知高度相关.研究结果可为疾病诊断治疗提供重要参考.     

基于局部空间活动模式信息提取脑激活区

伴随着功能磁共振成像(f MRI)实验数据的急剧增长,合理有效的f MRI数据分析技术显得越发重要.当前的f MRI数据分析一般基于一元统计方法,通过孤立分析每个体素的时间序列来决定该体素是否被激活,没有考虑隐含在局部脑区内的脑激活模式信息,无法检测到那些对刺激反应较为微弱的体素.文中针对当前f MRI数据一元分析的不足,提出了一种采用局部脑区活动模式间多元距离(local multivariate distance mapping,LMDM)的方法来对脑激活区进行检测.LMDM使用多元模式来表示不同刺激条件对应的局部脑区活动,并利用不同模式间的多元距离作为统计量来度量脑区活动在不同刺激条件下的区别,从而可以有效利用局部脑区信息来提取脑激活区.文中分别采用一元GLM方法,LMDM方法对仿真数据和真实实验数据进行了分析,并作了定量比较.结果均表明LMDM方法可以比一元GLM方法更完整地检测到脑激活区.     

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.     

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.     

基于最短路径相似度的复杂网社团识别算法

基于最短路径的思想,定义新的节点相似度,利用谱平分算法来识别复杂网络的社团结构.首先根据节点间最短路径的思想计算改进的共享最近邻(SNN)相似度,将其标准化后求出标准化矩阵的特征值及特征向量,然后根据网络选取一定数目的第一非平凡特征向量作为聚类样本,利用FCM算法可识别网络的社团.实验结果表明,该算法对于社团结构不明显的网络划分效果很好.     

基于社团密合度的复杂网络社团发现算法

传统的社团发现算法大多存在划分效果和复杂度相矛盾的问题,为了解决该问题,提出一种新的单社团结构评价标准——社团密合度(group density).在此基础上,设计了一种基于凝聚思想的社团发现算法,该算法通过不断融合小社团,使网络的社团结构向平均社团密合度最大的方向发展,并使用模块度检测算法的划分结果.通过与经典的GN,Fast Newman,LPA等算法对多个数据集进行实验对比,验证了本文算法在获得较好的划分效果的同时具有较低的时间复杂度.     

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。     

一种信任关系网络中的社团结构检测算法

针对群智计算和感知服务中不可信服务节点可能引入的安全威胁问题,提出了一种基于节点间信任关系网络的社团结构检测算法。该算法通过分析信任关系网络的功能和结构特点,引入连接的方向和权值因素,建立有向加权网络模型,定义最优路径相似度作为节点聚合标准,提出社团离散指数作为评价函数控制检测过程,从而准确识别信任关系网络中的可信节点集合,为服务节点选择提供参考。算法引入节点相似度阈值和归属判定指数控制社团聚合,与误分类节点再筛选环节配合,有效降低了检测过程中的节点误判概率,有针对性地设计社团离散指数作为评价函数,动态评估检测结果并调节聚合参数,保证了社团结构检测结果的准确率及合理性。实验结果表明:该算法能够有效实现信任关系网络中社团结构的检测与识别,与已有算法相比,检测准确率提高了5.88%。     

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.     

图形创造性思维脑部机制的功能磁共振研究

采用现代认知神经科学手段研究创造性思维背后的神经机制已成为新的热点.大量疾病状态的研究提示正常人在从事创造性活动时可能存在一个左侧半球对右侧的抑制机制,对其去抑制可以导致图形创造力突然增加,然而这一假说尚无直接证据.对26名健康志愿者(15名女性,11名男性,平均年龄22岁)进行了磁共振扫描,在他们做图形想象任务时观察其脑部活动,研究发现:相对于非创造性图形想象,创造性任务激活了左侧前额叶(ROI分析,p=0.037),但与此同时右侧前额叶(ROI分析,p=0.007)及后部皮层区域(FWE校正,p<0.05)大量去激活.结果提示在图形创造性活动中,左侧前额叶可能抑制了右侧半球的活动,这一抑制的解除可以使右侧功能得以自由发挥而提高图形创造力.     

基于独立成分分析的抑郁症脑网络属性分析

使用ICA与图论相结合的方法来研究抑郁症的脑网络拓扑属性差异可以为抑郁症的诊断提供依据。针对以ICA成分为节点构建的二值化网络中轻度抑郁症患者与正常人的传统属性差异不明显的问题,提出将二值化网络改进为加权网络,并引入信息维数这个属性。通过计算信息维数对比患者与正常人的显著差异,找到差异显著的独立成分,并进行溯源分析。实验结果表明,抑郁症患者的信息维数都明显高于正常人,说明抑郁症患者脑网络的复杂度更高,并且二者的差异显著脑区定位为左侧额叶中上回与左侧颞叶中回。     

LiDAR与航空影像的融合分类与精度分析

为了弥补单一数据源在地物分类时的不足,提出将机载激光扫描(LiDAR)数据与航空影像融合进行地物分类的思想,实现基于面向对象和单像元的复杂城区多级地物分类.将真彩色航空影像与机载激光扫描距离影像融合,采用光谱特征和空间特征将影像分割成若干同质区域;利用多源数据产生的各种信息建立分类规则并实现基于面向对象的地物分类,将植被信息和高差信息与分类结果叠加,实现基于单像元的分类结果纠正,然后再以对象内包含的建筑物直线段数量为约束条件对分类结果中的建筑物进行三级精化分类.实验表明该方法能够有效地自动分离建筑物、树木、草地和道路,其中建筑物的制图精度和用户精度分别是92.53%和95.79%,整个区域的分类精度为89.62%,该方法在复杂城区可行有效.     

应答器传输系统旁瓣产生机理及抑制措施研究

旁瓣抑制是应答器传输系统在工程应用中存在的典型问题.基于应答器传输系统相关电磁理论模型,从理论层面分析了旁瓣问题的产生机理,探讨了应答器I/O特性、安装方式、安装高度和应答器传输模块(BTM)接收门限等因素对旁瓣的影响,给出了旁瓣抑制措施的相关建议,相关分析方法和研究成果对于应答器系统的优化设计和工程实践具有一定的指导意义.     

Different time courses of learning-related activity in the prefrontal cortex and striatum

To navigate our complex world, our brains have evolved a sophisticated ability to quickly learn arbitrary rules such as 'stop at red'. Studies in monkeys using a laboratory test of this capacity--conditional association learning--have revealed that frontal lobe structures (including the prefrontal cortex) as well as subcortical nuclei of the basal ganglia are involved in such learning. Neural correlates of associative learning have been observed in both brain regions, but whether or not these regions have unique functions is unclear, as they have typically been studied separately using different tasks. Here we show that during associative learning in monkeys, neural activity in these areas changes at different rates: the striatum (an input structure of the basal ganglia) showed rapid, almost bistable, changes compared with a slower trend in the prefrontal cortex that was more in accordance with slow improvements in behavioural performance. Also, pre-saccadic activity began progressively earlier in the striatum but not in the prefrontal cortex as learning took place. These results support the hypothesis that rewarded associations are first identified by the basal ganglia, the output of which 'trains' slower learning mechanisms in the frontal cortex.     

Tracing neuronal tracts in the olfactory pathway of rat and detecting ischemic core in a rat model of focal ischemia using manganese enhanced magnetic resonance imaging

Manganese enhanced magnetic resonance imaging(MEMRI) is a novel neuroimaging technique first intro-duced by Lin et al. in 1997[1]. In this technique, bivalentmanganese ion (Mn2+) is used as a tracer for Ca2+, an im-portant substrate for neurotransmission. By monitoring thetransportation of Ca2+ between the cells and synapses,MEMRI can be used in vivo to trace neuronal tracts and tostudy brain functions dynamically. That Mn2+ can be usedas the tracer for Ca2+ is because it has two special…     

Memory for places learned long ago is intact after hippocampal damage.

The hippocampus is part of a system of structures in the medial temporal lobe that are essential for memory. One influential view of hippocampal function emphasizes its role in the acquisition and retrieval of spatial knowledge. By this view, the hippocampus constructs and stores spatial maps and is therefore essential for learning and remembering places, including those learned about long ago. We tested a profoundly amnesic patient (E.P.), who has virtually complete bilateral damage to the hippocampus and extensive damage to adjacent structures in the medial temporal lobe. We asked him to recall the spatial layout of the region where he grew up, from which he moved away more than 50 years ago. E.P. performed as well as or better than age-matched control subjects who grew up in the same region and also moved away. In contrast, E.P. has no knowledge of his current neighbourhood, to which he moved after he became amnesic. Our results show that the medial temporal lobe is not the permanent repository of spatial maps, and support the view that the hippocampus and other structures in the medial temporal lobe are essential for the formation of long-term declarative memories, both spatial and non-spatial, but not for the retrieval of very remote memories, either spatial or non-spatial.     

基于互信息的帕金森病脑皮层功能连接

帕金森病的早期症状是很难察觉的,目前还没有一个明确的生物标志物可以准确地检测出早期的帕金森病。本文为了探究帕金森病的潜在生物标志物,分析15名帕金森病患者和15名健康对照者闭眼状态下的溯源后的脑电信号。首先,使用互信息测量两组受试者的大脑各个区域之间的功能连接。之后,对两组受试者之间的每个连接对的互信息值进行独立样本t检验,检测两组受试者之间显著差异的连接边。最后,将具有显著差异的连接边作为特征进行分类。结果表明,帕金森病患者的大脑各个区域之间的互信息值整体小于健康对照组,并发现在额顶叶和顶枕叶之间的功能连接差异十分显著（p<0.01）。利用互信息功能连接指标对帕金森病患者和健康对照组分类时,测试准确率为76.7%,验证了基于互信息的脑功能连接对帕金森病研究的有效性。这些发现表明额顶叶和顶枕叶之间功能连接性的降低可能是帕金森病的一个潜在生物标志物。本文系首次使用互信息这一功能连接指标对帕金森病进行研究,这为帕金森病的神经机制研究提供了一个新的途径。     

内隐条件下性别对恐惧刺激加工的影响

采用内隐范式研究了性别差异对恐惧刺激加工的影响.实验一:在533张图片中选出50张图片,这些图片在唤醒度上是匹配的,但是在恐惧度和效价上是不匹配的;实验二:采用双向oddball范式,要求被试区分标准刺激和偏差刺激的内隐范式,研究性别差异对恐惧刺激加工的影响.结果发现:在内隐条件下,男性对中性刺激和恐惧刺激的反应时和正确率不存在显著差异,女性对恐惧刺激的反应显著快于对中性刺激的反应,且在正确率上对恐惧刺激的反应更加准确.女性对恐惧刺激的反应优势可能存在生物进化上的原因.