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.     

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.     

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.     

人脑聆听轻音乐和静息状态下的EEG临界动力学特性

已有研究发现人静息态时大脑皮层活动处于近临界状态,且具有优化的信息传输效率.然而大脑在感觉刺激状态下脑电临界动力学特征少有研究.此外,轻音乐被报道对于抑郁症、精神分裂症及术后损伤均具有较好的辅助治疗作用.本文应用临界动力学理论,研究了轻音乐刺激状态时大脑皮层脑电临界动力学特性.我们记录了26名被试在闭眼、睁眼及闭眼听音乐状态的脑电信号,对3种状态进行了频率特性和临界动力学特征分析.结果显示人在睁眼状态,全脑脑电信号活动率显著高于闭眼和听音乐状态.相对于闭眼的临界状态,音乐状态和睁眼状态分别趋向于次临界和超临界的状态,即趋向于系统的低耗能态和高耗能态.说明轻优美的音乐可以帮助大脑进入更好的休息状态,没有大尺度的活动发生,这为音乐治疗提供了有价值的实验依据.     

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.     

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.     

基于样本熵的磁刺激穴位加权脑功能网络研究

脑功能网络的构建与分析可帮助探究大脑工作机制。本研究旨在构建并分析磁刺激内关穴脑功能网络,为探索针灸学作用机理提供理论依据。目前,为简化网络计算的复杂性,很多相关研究集中于二值脑功能网络,忽略了节点间连接强度。本研究采集磁刺激内关穴前、中、后3种状态的脑电信号并基于样本熵和互信息方法构建3种状态下反映节点间真实连接程度的加权脑功能网络;利用复杂网络理论对3种状态下加权脑功能网络拓扑性质进行对比性分析。实验结果表明,刺激状态与刺激前状态相比,网络的平均度、平均聚类系数、全局效率均有提高;刺激状态与刺激后状态相比,网络的平均度、平均聚类系数、全局效率整体也呈增强趋势;刺激后状态与刺激前状态相比,除少数被试的网络拓扑特征基本保持不变或小幅度减少外,其余均呈增长趋势,且增长程度不同,考虑与刺激的累积效应和个体差异有关。研究结果表明,磁刺激内关穴使网络各通道间连接强度提高,集群化程度加强,信息传递效率提高。     

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.     

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。     

基于相关维数的磁刺激穴位脑功能网络构建与分析

针灸经临床实践已证明其疗效,然而其作用机制仍不清楚,磁刺激穴位为研究针灸理论提供了一种新的方法.本研究采集安静状态和磁刺激内关穴(PC6)状态的脑电(EEG)信号,基于非线性动力学特征(相关维数)和互信息方法构建脑功能网络,基于复杂网络理论对所构建脑功能网络进行分析,对比分析了安静和磁刺激两种状态下的脑功能网络的拓扑性质.实验结果表明,基于磁刺激内关穴构建的脑功能网络与安静状态相比,其拓扑结构发生了改变,网络连接增强,信息传输效率提高,并且"小世界"属性增强.     

一种基于高阶组织的学习者潜在重叠社区检测算法

学习者网络拓扑结构稀疏,且传统的社区检测算法无法为惰性/冷启动学习者检测其潜在的社区。针对该类问题,提出了一种基于高阶组织的学习者潜在重叠社区检测算法(POCDL)。POCDL算法是一种局部图聚类算法,首先利用社交化在线课程平台中的好友关系、同学关系和师生关系解决学习者网络数据稀疏问题;然后挖掘学习者网络中的高阶组织并重构学习者网络;最后,根据学习者的度中心性选取初始种子集,根据社区归属度和社区亲密度进行局部社区检测。在人工网络和学者网真实网络数据集上的实验结果表明：POCDL算法能够较好地为惰性/冷启动学习者检测社区;对其他类型的复杂网络也具有一定的普适性。     

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.     

Link Prediction in Brain Networks Based on a Hierarchical Random Graph Model

Link prediction attempts to estimate the likelihood of the existence of links between nodes based on available brain network information, such as node attributes and observed links. In response to the problem of the poor efficiency of general link prediction methods applied to brain networks, this paper proposes a hierarchical random graph model based on maximum likelihood estimation. This algorithm uses brain network data to create a hierarchical random graph model. Then, it samples the space of all possible dendrograms using a Markov-chain Monte Carlo algorithm. Finally, it calculates the average connection probability. It also employs an evaluation index.Comparing link prediction in a brain network with link prediction in three different networks(Treponemapallidum metabolic network, terrorist networks, and grassland species food webs) using the hierarchical random graph model, experimental results show that the algorithm applied to the brain network has the highest prediction accuracy in terms of AUC scores. With the increase of network scale, AUC scores of the brain network reach 0.8 before gradually leveling off. In addition, the results show AUC scores of various algorithms computed in networks of eight different scales in 28 normal people. They show that the HRG algorithm is far better than random prediction and the ACT global index, and slightly inferior to local indexes CN and LP. Although the HRG algorithm does not produce the best results, its forecast effect is obvious, and shows good time complexity.     

城市生态足迹与承载力的测度与分析

为了定量测量未来时期人类生产生活等消费活动是否超过了生态系统的承载能力,应用生态足迹模型对区域可持续发展能力进行了计算。采用地方生产力指标体系,在计算2004年大连金港区的生态足迹的基础上,对金港区2010年的生态足迹进行了预测分析。计算结果表明:2004年大连市金港区的生态赤字为1．5201 hm2／人;规划至2010年,金港区的生态赤字为:1．7023 hm2／人。预测结果表明随着金港区的进一步规划发展,生态足迹和生态承载力均有一定程度的增加,由于可利用土地面积的有限性和随着人们生活水平的提高人均消费量的增加,生态承载力的增加幅度小于生态足迹的增加幅度,导致生态赤字的增大。计算结果将为优化金港区的城市生态结构、完善其生态系统功能提供依据。     

用复杂网络理论研究疾病的传播

概述了用复杂网络的理论来研究两个传染病模型,即SIR模型和SIS模型,以及在这两个模型中如何计算疾病的传播阈值.由复杂网络的局部渐近性质--在图中节点的总个数趋于∞时,图具有局部树形结构,可知SIR模型可以用分支过程理论来研究,从而根据母函数的方法可得到一些很好的性质.而SIS模型可以通过平均场的理论得以理解,且知不论在度相关Scale-Free网络中还是度不相关Scale-Free网络中都不存在非零传播阈值.     

Neural substrates of global perception are modulated by local element grouping

THE GLOBAL PERCEPTION OF HIERARCHICALLY ORGANIZED STIMULI CAN BE DIFFERENT FROM THE LOCAL PERCEPTION IN THAT GLOBAL RESPONSES ARE FASTER THAN LOCAL RESPONSES AND THE GLOBAL-TO-LOCAL INTERFERENCE IS STRONGER THAN THE RE-VERSE[1]. THIS GLOBAL PRECEDENCE EFF…     

Sparse representation of global features of visual images in human primary visual cortex: Evidence from fMRI

In fMRI experiments on object representation in visual cortex, we designed two types of stimuli： one is the gray face image and its line drawing, and the other is the illusion and its corresponding completed illusion. Both of them have the same global features with different minute details so that the results of fMRI experiments can be compared with each other. The first kind of visual stimuli was used in a block design fMRI experiment, and the second was used in an event-related fMRI experiment. Comparing and analyzing interesting visual cortex activity patterns and blood oxygenation level dependent （BOLD）- fMRI signal, we obtained results to show some invariance of global features of visual images. A plausible explanation about the invariant mechanism is related with the cooperation of synchronized response to the global features of the visual image with a feedback of shape perception from higher cortex to cortex V1, namely the integration of global features and embodiment of sparse representation and distributed population code.     

急性脑梗死偏瘫患者踝关节运动功能障碍的fMRI研究

目的:利用功能磁共振成像(fMRI)技术,观察急性脑梗死患者的运动相关皮层的激活图,探讨卒中后踝功能障碍及恢复的脑功能相关性改变.方法:采用1.5T磁共振成像系统对10例急性脑梗死患者和5例正常志愿者进行BOLD-fMRI检查,采用健侧、患侧踝关节背伸、趾屈运动作为刺激任务,比较正常志愿者与急性脑梗死患者踝关节运动时脑部激活情况的异同,并采用LI为指标,观察急性脑梗死患者健侧、患侧踝关节运动时脑部激活的差异.结果:正常对照组踝关节运动主要激活对侧SM1区,激活区形态呈斑片状或者不规则状,此外对侧PM区、SMA区也有不同程度的激活.急性脑梗死患者健侧踝关节运动主要激活对侧SM1区,此外对侧PM区、SMA区、颞叶、枕叶、小脑半球、额叶等也有不同程度的激活,与正常对照组激活区相似;患侧踝关节运动(主观运动)时除了对侧半球SM1区激活之外,同侧SM1区、PM区也可见不同程度的激活,对侧半球的激活体积大部分大于同侧.根据公式计算出LI值,结果显示健侧、患侧踝关节运动LI值之间存在显著性差异(P<0.05).结论:fMRI可以客观的显示急性脑梗死后患者大脑运动皮层的激活情况,提示存在脑功能代偿与重组,fMRI作为监测和研究急性脑梗死后运动功能恢复的有用工具,在临床治疗中具有重要的指导意义.     

Modulation of human global／local perception by low spatial frequency filtering

We investigated the effect of low spatial frequency (SF) filtering on neural substrates underlying global and local processing in the peripheral vision by measuring hemodynamic responses with functional magnetic resonance imaging (fMRI). Subjects identified global or local shapes of compound letters that were either broadband in spatialfrequency spectrum or contrast balanced (CB) to removed low SFs and displayed randomly in the left or right visual fields. Attention to both broadband and CB global shapes generated stronger activation over the medial occipital cortex relative to local attention. Lateralized activations in association with global processing were observed over the right temporal-parietal junction for broadband stimuli whereas over the right fusiform gyrns for CB stimuli. Attention to CB local shapes resulted in activations in the medial frontal cortex, bilateral inferior frontal and superior temporal cortices.The results were discussed in terms of the competition between global and local information in determining brain activations in association with global/local processing of compound stimuli.