腐蚀科学通用数据模型及界面Ⅲ-数据集成管理环境

本文介绍了作者开发的腐蚀数据集成和管理环境,该系统既可用于通常腐蚀数据的整理和归类,数据岛节点的封装和布置.为腐蚀数据的大规模集成,提供了客户端整合应用程序和服务器组装分解层.首先着重介绍集成环境的管理组织功能,与其他科学计算软件的接口匹配,数据岛模板和数据的发表存档功能.最后通过实例介绍了通用腐蚀数据模型的自组装和分解,构建数据岛的过程和方法,以及通过数据岛模板处理最小化数据整合的工作量.     

大脑fMRI数据时/空模式综合分析的一种新方法

提出了一种新的fMRI数据处理方法, 可获得大脑激活区的时空综合信息. 该方法首先利用多窗口谱估计得到脑图像各体元的谱成分, 并在任务相关频率处对体元谱成分作显著性检验, 分离出任务相关脑区; 然后利用时间独立成分分析方法提取脑区任务响应的时间模式, 从而得到任务相关脑区的时-空综合信息. 这一方法的优点是: 无需对血液动力学和任务相关脑区的空间分布做出先验性假设, 具有好的鲁棒性和信息挖掘能力; 解决了单纯的时间独立成分分析在低信噪比下发散、结果不可信、鲁棒性差的问题.     

大鼠侧脑室下区神经干细胞具有不易兴奋性

目的建立体外培养大鼠侧脑室下区神经干细胞的方法,观察大鼠侧脑室下区神经干细胞的膜兴奋性。方法无血清培养方法体外分离、纯化孕15～16dwistar胎鼠的侧脑室下区神经干细胞,用免疫荧光鉴定干细胞标记蛋白nestin表达情况、用tuj-1和GFAP免疫染色研究体外NSC的分化情况;取第二代神经干细胞给予DiBACA（3）染色后,经高浓度氯化钾刺激,激光共聚焦显微镜动态扫描,观察侧脑室神经干细胞的兴奋性。结果采用无血清培养基体外分离的神经干细胞具有自我增殖、多向分化潜能等干细胞一般特点,且表达干细胞的标记蛋白nestin;采用DiBAC4（3）染色,高浓度钾刺激后,细胞荧光强度无显著变化,即细胞膜电位无明显改变,神经干细胞具有不易兴奋性。结论采用无血清培养方法成功分离扩增大鼠脑内神经干细胞;由大鼠侧脑室分离而来的神经干细胞具有不易兴奋性。     

基于动力学结构突变的混凝土坝裂缝转异诊断方法研究

提出了混凝土坝裂缝转异诊断的动力学模糊互相关因子指数法,并利用该方法检验了Logistic时间序列由倍周期分枝走向混沌的结构突变过程,表明该方法具有鉴别时间序列内在动力学层次和检测其突变特性的功能.考虑到混凝土坝裂缝系统是一个开放的、耗散的以及复杂的非线性动力系统的特点,引用上述提出的分析方法对某混凝土重力拱坝下游面裂缝进行动力结构突变分析,发现了该坝裂缝存在两个明显的动力结构突变点,由此实现了混凝土坝裂缝的动态转异诊断;由于动力学模糊互相关因子指数法可以直接依据实测的裂缝开合度序列对大坝裂缝进行转异诊断,因此该方法具有较好的实际应用前景.     

电磁场耦合忆阻神经元的相位同步与电路实现

神经元是大脑处理信息的基本单元,也是目前发现的最复杂的非线性动力学系统之一,其动力学行为已为广大科研工作者所关注,并成为神经科学、物理学、非线性动力学等多学科交叉领域具有较大挑战性的一个前沿性研究内容.根据电磁感应定律,基于神经系统内部生物电互相影响关系,建立了一个含电耦合和磁耦合的Izhikevich神经元模型,其中磁通量和膜电位之间的耦合由磁控忆阻器实现.然后,通过数值仿真研究电磁场耦合Izhikevich神经元的相位同步行为,发现直接-交叉耦合共存的耦合方式相较于其他耦合方式更容易使神经元达到相位同步.最后,利用Pspice为电磁场耦合Izhikevich神经元模型设计仿真电路,证明了数值仿真结果的可靠性.考虑电磁场效应对膜电位动力学及其神经元同步的影响,可以为进一步认知神经元及神经元网络信息编码、信号传递提供重要信息.     

基于摩擦纳米发电机的自驱动植入式电子医疗器件的研究

心脏起搏器、脑起搏器、神经刺激器等植入式电子医疗器件的工作寿命受限于电池容量.为了解决植入式电子医疗器件的供能问题,本文设计研制出了一种可将器官运动的机械能(心跳、肺呼吸等)转化为电能的供能器件-植入式摩擦纳米发电机.此发电机为接触分离的工作模式,在外力的作用下使具有微纳结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜和铝片发生摩擦而产生电能.器件大小1.2 cm×1.2 cm,采用生物相容性良好的材料PDMS进行全封装.实验表明其体外开路电压和短路电流的值分别为12 V,0.25μA,峰值功率密度为8.44 mW/m~2.植入到小鼠左胸皮下位置开路电压和短路电流为3.73 V,0.14μA.将此发电机和电源管理系统集成后用于植入式电子医疗器件的能源供给,有望实现植入式电子医疗器件的自驱动.     

脑科学进展的跨世纪回顾与展望

20世纪脑科学取得十分辉煌的成就。当此世纪之交,回顾20世纪百年来脑科学的重大进展以及展望21世纪脑科学的发展趋势,有重要意义。20世纪脑科学的进展可概括为三大里程碑：（1）神经元学说;（2）离子通道理论;（3）脑功能成像。21世纪脑科学将取得更大的飞跃。预期在21世纪除继续发展20世纪已有的成就之外,将可望在以下5个方面取得突破性进展：（1）神经元功能成像;（2）神经系统多基因病定位及老年性痴呆发病机理的阐明;（3）神经系统信息编码的研究;（4）后基因组是发子神经生物学;（5）意识、思维与情绪本质的进一步探讨。本文首次提出启动人类神经组计划（Human Neurome Project,HuNP）研究和建立神经数据库（NeuroBank)的建议,并提出其系统构建和具体实施的方案。人类神经组计划将是继人类基因组计划之后的又一伟大的生物学系统工程,它的开展对破译人脑思维起源之谜,有重大意义。     

基于改进型XFEM的裂纹分析并行软件实现

扩展有限元法(XFEM)目前已成为裂纹分析的主流数值方法.然而,在实际应用中该方法一直受到两方面的困扰:总体刚度矩阵高度病态以及动力学计算时额外自由度上的能量无法正确传递.前者导致在以迭代法求解为主的大规模计算中难以收敛,后者导致动力学求解精度低、实施困难.为解决这两大困扰,基于无额外自由度单位分解插值格式,提出改进型扩展有限元法(IXFEM).基于该方法,在高性能数值模拟软件开发框架JAUMIN上开发裂纹分析并行软件—PANDA_Fracture.实际算例表明, PANDA_Fracture软件具有如下特色:1)允许引入高精度裂尖加强,支持裂纹任意长度扩展; 2)同时支持动力学裂纹问题隐式求解与显式求解; 3)支持任意多裂纹问题高效求解; 4)支持上千CPU核高性能可扩展计算.     

疼痛的神经生物学--理解大脑机制及神经疾病治疗的机理

中枢神经系统的神经元和突触具有可塑性,他们能够发生贯穿整个生命过程的长时程改变。研究这种长时程变化的分子和细胞学机制,不仅可以帮助我们了解大脑如何学习和储存新的知识,而且还可以揭示机体损伤后病理变化的机制。我认为,一方面学习和记忆等生理学功能的神经机制可能与大脑在疼痛期间的反常或机体损伤相关的变化过程共用一些信号分子;另一方面,一些不参与认知学习和记忆过程的突触和神经元网络机制也可能与疼痛的病理过程相关。伤害性感受可以从脊髓传递到前脑并在不同水平受到调节。其中,前扣带脑皮质(anterior cingulate cortex,ACC)在痛觉的感受和调节中具有重要作用。我们的实验结果表明,ACC中的N-甲基-D-门冬氨酸(NMDA)受体依赖的、钙／钙调蛋白激活的腺苷酸环化酶(adenylyl cyclases,AC)(ACl和ACB)在慢性痛的表达过程中起着重要的作用。ACC还可以通过激活内源性易化系统影响脊髓背角的痛觉信号传递。这些结果为机体对损伤的生理反应如痛行为反应、情绪变化和不良记忆等提供了重要的突触和分子水平的机制。加强对疼痛机制研究,会带动中国的神经科学的基础和临床研究。     

新生小鼠脊髓神经干细胞的分离、培养及鉴定

目的从新生小鼠脊髓分离、培养神经干细胞,并对其增殖、分化特性进行鉴定,为进一步研究脊髓神经干细胞的移植疗法奠定基础。方法在显微镜下取6只新生小鼠的脊髓组织,采用酶消化法联合机械法将其制备成单细胞悬液,并在无血清培养基中培养。应用CD133染色、巢蛋白染色后Hoechst33258对细胞核染色;Brd U标记后行巢蛋白染色、微管蛋白、胶质纤维酸性蛋白染色,Hoechst33258复染胞核;对干细胞及其分化产物进行鉴定。结果从小鼠脊髓中分离出的神经干细胞CD133、巢蛋白染色反应阳性;贴壁神经球巢蛋白染色阳性;其诱导分化产物微管蛋白和胶质纤维酸性蛋白染色阳性。结论采用酶消化法联合机械法对脊髓神经干细胞行传代和培养,能够成功获得具有增殖分化特性的干细胞。     

字典乘积图的点转发指数

路由选择的优劣直接影响网络通信性能的有效性.在大规模超级计算机系统中,某些元件和连线发生故障是不可避免的,故障的出现势必会对路由的选择产生影响.由于路由选择的点转发指数是用来度量网络节点的负载情况,因而它是衡量路由选择优劣的一个重要参数.本文利用图的字典乘积方法,用若干已有的小网络来构造规模较大的网络,通过分析这些小网络与所得大网络拓扑参数之间的联系,首次得到字典乘积网络点转发指数的一个紧的上界和紧的下界.     

学习和记忆的神经基础

学习和记忆是脑是基本的高级功能,是我们每时每刻都在经历着的事情。学习和记忆过程中脑内发生了什么？在过去的２０多年中,有关学习和记忆的神经机制研究取得了重大进展。     

南极磷虾

南极洲面积.1400万km2,是目前世界上唯一没有明确归属的国际区域,环绕南极大陆的水圈部分称为南大洋,面积为36×106km2.南大洋具有丰富的生物资源,南极大磷虾是地球上最大的单种生物资源之一,其现存量的最新估计为6.5-10亿吨,它支持着世界上最庞大的须鲸、海豹和企鹅等高层捕食者的种群,同时也形成巨大的潜在渔业资源,每年的可捕获量可达1亿吨,这相当于目前全世界每年鱼类和甲壳类渔获量的总和(0.99亿吨),被认为是我们这颗星球上最大、也是最后一个动物蛋白库.对于人口膨胀、食物短缺的当今世界,南极磷虾资源有着无限前景.近年来南极渔业的发展是与世界范围内传统渔业的过度捕捞和资源衰退以及七十年代200海里渔业保护区宣言分不开的.自从南极磷虾的巨大生物量被人们认识之后,人们就一直在探索如何将南极磷虾作为一个具有商业开发价值的捕捞对象.70年代中期,开始了大规模的商业化捕捞.到1982年达到创记录的5528,201吨,其中93%被前苏联捕获.随着前苏联的解体,南极磷虾的捕获量也急剧减少.目前主要有下列四个国家对南极磷虾进行商业捕捞智利、俄罗斯、波兰和日本,日本占整个捕获量的80%.南极磷虾资源不仅是一个巨大的蛋白资源,并且被认为具有很大的药物前景,波兰和苏联有文献称磷虾为健康食品,并且用南极磷虾来治疗动脉硬化和降低血液中胆固醇的含量.在磷虾体内发现了各种各样的有用化学物质,有几种经研究被认为具有商业开发的价值.对于我国这样一个自然资源相对贫乏的人口大国来讲,对南极磷虾的综合开发利用具有重要的战略意义.     

经济-资源-环境系统自组织演化的新模型

经济-资源-环境（ERE）系统是个典型的开放复杂自组织系统,将广义信息熵的概念引入复杂ERE系统,建立其普适的结构自组织演化方程,形成了复杂系统建模新方法,可揭示复杂ERE系统中多主体作用动力学及结构自组织演化过程。以国家可持续发展实验区ERE发展模式为例,根据1994～2005年指标数据,对其发展演化过程做了具体的模拟研究,揭示了实验区规划的实施对可持续发展系统的改进和完善是一个复杂的自组织过程.     

5G移动通信发展趋势与若干关键技术

第5代移动通信系统(5G)是面向2020年之后的新一代移动通信系统,其技术发展尚处于探索阶段.结合国内外移动通信发展的最新趋势,本文对5G移动通信发展的基本需求、技术特点与可能发展途径进行了展望,并分无线传输和无线网络两个部分,重点论述了富有发展前景的7项5G移动通信关键技术,包括大规模天线阵列、基于滤波器组的多载波技术、全双工复用、超密集网络、自组织网络、软件定义网络及内容分发网络.本文还概括性地介绍了国内5G移动通信的相关研发活动及其近期发展目标.     

一种新的fMRI数据处理方法: 邻域独立成分相关法及其初步应用

独立成分分析(ICA)是信号处理领域中新近发展起来的一种很有应用前景的方法, 而脑功能磁共振(fMRI)信号的有效分离与识别是一个正在研究和实验之中的技术领域, 因此, 发展基于ICA的fMRI数据处理方法具有明显的理论价值和应用前景. 首先分析了现行ICA-fMRI方法采用的信号与噪声的空域分布相互独立的信号模型所存在的明显不足, 然后提出了微域中的信号与噪声的时域过程相互独立的fMRI信号模型, 从而建立了一种新的fMRI数据处理方法: 邻域独立成分相关法. 从理论和仿真实验两个方面阐明了新方法的合理性, 最后给出了实际fMRI数据的例子.     

不平路面全方位移动机器人智能控制技术的研究

对于不平路面全方位移动机器人,其运动过程时变和突变控制问题一直困扰着研究人员.本文利用自适应控制技术精度高、可拓控制技术反应速度快,将其二者结合起来,对不平路面三轮式全方位移动机器人进行自适应可拓智能控制.通过研究首先构建了三轮式全方位移动机器人运动学和动力学模型,构建了一种自适应可拓智能控制方法,对自适应可拓智能控制器进行了设计,并进行了实验研究.实验结果表明,三轮式全方位移动机器人采用自适应可拓智能控制技术与自适应控制技术相比,具有控制精度高、反应速度快、自组织和自学习能力强的特点,能较好地满足不平路面三轮式全方位移动机器人运动要求.     

P2P网络中常量度数常量拥塞的DHT方法研究

资源和数据的有效定位是大规模Peer-to-Peer系统中面临的挑战性难题, 分布hash表(DHT)方法是解决这一难题的重要技术途径. 文中首次基于Kautz图提出了一种有效的DHT方法——FissionE. FissionE是第一个常量度数、O(logN)网络直径且(1+o(1))拥塞的DHT方法, FissionE的提出表明对于常量度数、常量拥塞的DHT方法, 其网络直径可以是O(logN)的, 优于当前研究中猜想的W(N^1/d). FissionE方法的平均结点度数为4, 网络直径小于2*log₂N, 平均路由路径长度log₂N, 在结点规模较大时, 性能优于现有的常量度数DHT方法CAN和Koorde.     

火炮自动装填系统协调器定位精度可靠性分析

火炮自动装填系统的主要功能是将弹丸和发射药高效、精确、可靠地输送入炮膛,其中火炮协调器是自动装填系统中典型的转运执行机构,需要较高的定位精度来确保弹药以给定的射角准确入膛,准确高效地评估协调器定位精度的可靠性具有重要意义.本文旨在发展一种可有效评估火炮协调器定位精度可靠性的实用分析方法,首先建立含间隙的火炮协调器刚柔耦合动力学模型,并基于前馈神经网络构建其响应的近似模型;在此基础上,利用协调器到位极限状态函数的最大可能失效点处的二阶信息,构造极限状态函数的二次逼近函数;最后,运用二阶鞍点逼近方法评估了火炮协调器定位精度可靠性.工程算例表明,本文提出的方法能够很好地平衡协调器可靠性分析中的精度和效率.同时,协调器定位精度可靠性分析结果表明,间隙以及结构柔性因素对于火炮协调器定位精度具有重要影响,需要在协调器设计时加以考虑和优化.     

流数据驱动的多层非线性动力学网络重构

现实世界中许多复杂的非线性动力学系统需要用多层网络来描述.如何从观测到的流数据中揭示多层非线性动力学网络结构的重构问题是对动力学系统研究的核心问题之一.虽然学者们提出了许多从静态数据中重构多层动力学网络结构的方法,但是它们很难从流数据中重构多层网络结构.由于该问题的困难性,截止目前,还没有适用于流数据的多层非线性动力学网络重构模型及其优化算法.针对此,本文提出流数据驱动的多层动力学网络重构框架,称为OMNR(online multilayer network reconstruction). OMNR首先建立了流数据驱动的在线多层非线性动力学网络重构模型,然后提出一种基于FTRL(follow-the-regularized-leader)的在线学习方法来优化该模型. OMNR每次只考虑一个事例来更新网络结构,非常适合处理流数据.而且, OMNR空间复杂度非常低,适合大数据任务.最后,在多层网络的Lorenz和R?ssler动力学系统上验证了OMNR可以有效地解决流数据驱动的多层动力学网络重构问题,填补了流数据驱动的多层非线性动力学网络重构技术的空白.