培养神经元网络自发放电序列的非线性特征

神经自发放电活动对于神经发育、神经系统基本功能及学习记忆等高级功能的维持具有重要意义. 为了研究神经自发放电序列的动力学特征, 我们利用多电极阵列系统长时间、连续记录了体外培养海马神经元网络的自发活动. 在发育过程中网络的放电模式复杂多变, 峰峰间隔序列中出现分岔现象. 为深入分析其非线性特征, 引入锋电位序列密度函数、非线性预测和替代数据等多种方法分析锋电位序列, 结果显示培养神经元网络的自发放电活动中存在混沌这一重要非线性现象. 该研究结果有助于认识神经系统的动力学特征, 进一步推动人们对神经编码机制的理解.     

人脑连接组研究:脑结构网络和脑功能网络

人脑是自然界中最复杂的系统之一,在这个系统中,多个神经元、神经元集群或者多个脑区相互连接成庞杂的结构网络,并通过相互作用完成脑的各种功能.近年来,结合基于图论的复杂网络理论,研究者们发现利用结构和扩散磁共振成像数据构建的脑结构网络以及利用脑电图/脑磁图数据和功能磁共振成像数据构建的脑功能网络具有很多重要的拓扑性质,如"小世界"属性、模块化的组织结构以及主要分布在联合皮层上的核心脑区(如楔前叶、额上回、额中回).另一方面,研究者发现许多神经精神疾病(如阿尔兹海默病和精神分裂症等)与脑结构和脑功能网络的异常的拓扑变化有关,这些研究不仅为理解神经精神疾病的病理机制提供了新视角,也可能为疾病的早期诊断和治疗评价提供脑网络影像学标记.本文以人脑结构和功能连接网络的研究为重点,介绍了人脑连接组和复杂网络理论的基本概念,并且回顾了近年来人脑结构和功能连接组的研究成果,并指出了该领域中存在的问题及未来的研究方向.     

基于丙泊酚麻醉的相位模式复杂度同步及脑网络变化

麻醉诱导的无意识在宏观尺度表现为大脑区域之间功能连接的中断.然而,在介观尺度,麻醉的脑意识消失作用机制仍不明确.本研究分析了9名接受丙泊酚全身麻醉的癫痫患者(年龄18～54岁)的皮层脑电(electrocorticogram,ECoG)数据,采用了相位模式复杂度(phase-pattern complexity,PPC)的同步估计方法,并基于图论度量了皮层尺度麻醉前后的聚类系数、平均特征路径长度、全局效率、局部效率和中介中心性等几种网络特征参数.结果表明,delta-theta(1～8Hz)频段和gamma2(48～60Hz)频段在意识消失后的PPC值显著降低(分别为P0.01,P0.05).皮层尺度脑网络则由节点间的强连接转变为以少数节点为枢纽节点,并成散射状连接其他节点的网络拓扑结构.研究表明,麻醉导致的意识消失与皮层尺度神经活动的相位模式复杂度的降低及对应的拓扑网络的简单化有关.     

离体神经元网络中的集体性回响活动

通常认为, 大脑进行认知活动时神经环路的集体性回响是“即时”记忆的存储形式. 然而, 由于大脑神经环路庞大的复杂性, 这种回响活动一直鲜有实验上的证据. 近期研究工作利用离体培养的神经元网络中对回响的性质进行了探索, 揭示了其新的动力学特性和内在细胞机制. 结果表明, 离体培养的神经元网络可以有效地用于对神经环路的活动进行机理性分析研究.     

人脑形态网络及其在脑发育研究中的应用

人脑是一个极其复杂的系统,数以万亿的神经元通过突触构成了庞大的连接网络,如何系统而全面地刻画大脑内部的组织模式一直是神经科学家致力解决的热点问题.随着非侵入神经成像技术的兴起,基于磁共振成像的脑网络研究为揭示人脑的复杂结构提供了新的契机.其中,脑形态网络因其图像易获得、质量稳定和分析方法简单等优势引发了研究者的广泛关注.传统的脑形态网络是利用一组受试者的某种形态学指标构建的被试间协方差网络,只能反映大脑形态的群组特征.个体水平脑形态网络则针对个体大脑刻画脑区间的形态相似性,保留了个体的形态信息.多指标甚至多模态数据的应用,进一步整合多种互补的结构信息,能够综合表征皮层形态的拓扑连接模式.近年来,脑形态网络在探究人类大脑发育进程方面体现了重要价值.研究发现,胎儿时期形态网络从高度模块化的原始状态开始逐渐整合,至出生时已形成小世界拓扑,出生后至童年早期网络变得分离,童年晚期至青春期又逐渐整合,初级网络率先达到成熟而高级网络长期持续发育.这些结论为理解大脑认知功能的形成和发育障碍的起源提供了重要的理论支撑.本文介绍了两种脑形态网络的构建方法和图论模型的基本概念,回顾了脑形态网络在胎儿、婴儿、...     

汉语句法网络的中心节点研究

以两种语体的汉语依存句法树库为基础, 根据词频及分布率统计结果, 选取3 个汉语虚词作为研究对象. 对提取的3 个虚词节点进行了节点度数、点出度、点入度、接近性、内接近性、外接近性、中间度等网络特征的统计, 并将这3 个节点从网络中移除, 对比分析网络前后的节点数、平均度、平均路径长度、网络直径、孤立节点数、最大范围、密度等网络特征的变化. 结果表明, 3 个虚词均是网络的中心节点, 但地位各有不同, 它们对网络整体结构的影响也有较大区别. 本研究不仅为汉语虚词的研究提供了新方法, 也为复杂网络中的节点特性研究提供了新的思路.     

代谢网络的蝴蝶结结构特征及其功能意义

研究全基因组代谢网络的结构拓扑对于了解结构与功能间的联系是必不可少的. 而可视化有助于获取网络组织结构的直观信息. 从网络拓扑的角度考察了75个物种的全基因组代谢网络. 提出了一个展开蝴蝶结模型, 实现了对代谢网络的蝴蝶结结构的清晰的可视化. 展开蝴蝶结所揭示的代谢网络的结构特征, 有助于我们设计高效的且更能反应代谢网络自身特点的网络算法. 同时, 这个粗粒化的网络模型还可实现对网络中脆弱连接的可视化, 因此对于疾病研究和药靶发现都有潜在意义. 通过对蝴蝶结中心部分的双向连接及主核的研究表明, 代谢网络的蝴蝶结结构有其内在的、有意义的拓扑特征, 而这些特征是随机网络所不具备的.     

蛋白质相互作用的网络分析

建立了蛋白质复合物的残基网络, 其中蛋白质的残基被视为节点, 残基之间的接触视为连接. 复合物残基网络可以分成两种类型, 即疏水和亲水残基网络. 分析网络参量发现, 正确结合的复合物比错误结合的结构具有更高的界面度加和值和更低的网络特征路径长度. 这些性质反映出正确结合的复合物结构具有更好的几何或残基类型互补, 同时正确的结合模式对于保证天然蛋白质复合物的特征路径长度具有重要作用. 此外, 两个基于网络的打分项被建立, 它们能够很好地考虑复合物整体形状和残基类型互补特性. 将基于网络的打分项与其他打分项进行组合, 提出了一个新的多项打分函数HPNCscore, 它能够改进RosettaDock组合打分函数的区分能力超过12%. 这些研究将加深我们对蛋白质-蛋白质结合机制的了解.     

视觉工作记忆内容维持的大脑神经机制

视觉工作记忆指短暂维持不在视域内信息并进行活跃认知加工的过程,在人类高级认知活动中具有极其重要的作用.但是,目前关于人类大脑在视觉工作记忆维持阶段对多特征复杂客体(例如,面孔信息和房子信息)信息的认知加工机制还没有得到深入的研究.另外,对不同的客体信息进行维持是否对应不同的认知加工模式,以及视觉工作记忆维持阶段负荷效应的神经基础还没有得到广泛的研究.因此,本研究从面孔信息和房子信息的视觉工作记忆任务出发,采用行为实验和功能核磁共振技术探究视觉工作记忆维持阶段中对不同记忆内容的行为表现、大脑激活强度、视觉皮层解码机制及其负荷效应,为大脑功能方面对于视觉工作记忆内容的表征提供具有价值的影像学依据.研究结果表明,被试在对复杂客体的视觉工作记忆任务中表现出视觉工作记忆容量的有限性和负荷效应,可以通过双侧海马旁、双侧顶内沟的激活强度和V4、双侧梭状回、双侧颞上沟的信息解码正确率区分视觉工作记忆维持内容.另外,双侧壳核的激活强度则体现了视觉工作记忆负荷效应.     

不同时间尺度的静息态功能脑网络对抑郁症识别的影响

研究显示,功能连接为特征被用于抑郁症机器识别的研究受到人们关注,但不同时间尺度的静息态功能脑网络能捕获抑郁症神经病理信息的水平尚不明确,对抑郁症识别效果的影响也未知.本研究采用非线性回归方法,建立了不同时间尺度的脑网络对抑郁症识别效果影响的模型,并阐明了典型时间尺度的脑网络所捕获的抑郁症病理信息.研究分析了64例临床抑郁症和53例健康对照被试的数据.首先,建立功能脑网络,获得抑郁组显著的功能连接;其次,将显著连接输入支持向量机训练、测试,获得敏感、特异以及精确度;再次,建模识别效果随时间变化的规律,获得识别效果的模型.初具识别能力的网络时间尺度约为46个重复时间(repetition time,TR),主要捕获后扣带回与眶额叶皮层间,右眶部额中回与左角回间,左回直肌与左海马间强化的功能连接.获得最好识别效果的网络时间尺度约为114个TR,且多捕获了右角回与双侧顶下缘角回、额中回间,左杏仁核与左缘上回、右中央沟盖间弱化的功能连接.随时间的增加,脑网络可能捕获某些与抑郁症不直接相关的连接,使识别效果降低.因此,抑郁症识别效果随静息态功能脑网络时间尺度的增加呈现倒U形趋势.这将为进一步研究抑郁症的神经病理机制和提高其智能识别效果提供参考.     

学习和记忆的突触模型:长时程突触可塑性

人类大脑是由上千亿神经元相互连接而组成一个高度复杂的神经网络,是认知、学习和意识等高级功能的重要基础。神经元之间通过特化的连接结构--“突触”而相互通讯。外界输入触发的神经元活动可特异性地持续改变突触的结构和功能,这种神经活动依赖的突触变化称之为长时程突触可塑性。大量实验证据表明突触可塑性是大脑学习和记忆的分子细胞学机制,了解突触可塑性的机制对阐明中枢神经系统性相关疾病（如老年痴呆症、药物成瘾等）的机理具有重要意义。本文简要地小结了长时程突触可塑性研究中的基本发现和新近进展。     

婴儿社会和情绪脑机制的早期发展

能够快速扫描并锁定周围环境中可能存在的危险刺激并给予优先反应对人类生存至关重要.大脑中可能存在功能特异性的神经网络模块加工此类刺激.行为研究表明,该神经网络可能早在1岁前就开始形成和发展.近年随着认知神经科学研究技术的成熟,研究者利用EEG,fNIRS和fMRI等方法,直接研究社会和情绪脑机制的早期发展(0~1岁).本文从面孔表情、情绪性语音和早期社会交往3个方面系统总结了婴儿社会性和情绪发展的研究,并描述了相应社会-情绪神经网络的发展进程.在此基础上,采用经验-期待性机制和经验-依赖性机制讨论了早期社会经验对社会与情绪脑机制的影响,认为社会-情绪的神经网络不是先天形成、独立于社会经验的加工模块.虽然在个体发展的早期阶段(0~3个月),社会和情绪脑的核心结构已经形成,但出生后5~7个月,经验-期待性机制将会重塑社会和情绪脑,通过知觉窄化过程,该神经网络开始功能特异化,而只对特定的社会刺激敏感.在此期间的社会剥夺则会对社会-情绪神经网络的发展产生不可逆的影响.出生7个月以后,该神经网络通过经验-依赖性机制的调节逐渐趋于完善,并形成较稳定的个体差异.     

复杂疾病的系统医学视角:内源性网络理论

随着分子生物学的发展,对表型背后复杂的分子调控机制进行系统和定量分析成为当前重要研究方向之一。内源性网络理论提供了一种可行的方法,可以通过总结已有的生物学知识构建系统核心调控网络,并利用非线性随机动力系统对网络进行定量分析。本文主要回顾了内源性网络理论的核心内容及迄今为止基于该理论框架下所取得的成果。在内源性网络理论框架下,我们可以利用功能性景观理解复杂疾病的发生发展过程,作出可验证的全新预测,进而为复杂疾病预防、诊断、治疗提供一系列潜在的思路和方案。     

大脑网络的探索进程（一）——研究特点、方法与三大类型*

脑网络是复杂的生命系统中一个最典型的复杂网络,是一类“网络的网络”。目前可从三个层次对大脑网络进行建模探索,即微观尺度(神经元)、中尺度(神经集群)、大尺度(脑区域),各层次之间相互影响、错综复杂,研究难度很大。笔者从网络科学观来评述大脑网络的探索进程、研究方法和主要类型。     

新传媒时代下广电企业集团发展模式浅析

面对以互联网和手机为主的第四代新媒体的竞争,在我国文化产业改革的政策支持之下,作为传统传媒产业的广电企业集团来说,既有着发展的紧迫性,又有着前所未有的发展机遇。广电企业集团与数字化终端和移动网络的融合,实现内容生产、制度组建、市场化运作的多元化发展已经成为广电企业集团产业发展的必然选择。     

不同尺寸二氧化硅纳米颗粒体内分布与代谢研究

基于二氧化硅荧光纳米颗粒(FSiNP)的荧光信号同步指示功能, 通过实时、原位活体荧光成像技术, 并结合离体器官成像、组织切片成像以及尿液荧光成像等方法, 系统地研究了不同尺寸二氧化硅荧光纳米颗粒在裸鼠活体内的分布与代谢. 活体成像结果表明纳米颗粒尺寸越小, 血液循环时间越长, 全身分布情况越明显, 随着时间的延长纳米颗粒逐渐聚集到肝脏、膀胱等部位; 通过离体器官成像和组织切片成像进一步证实了活体成像所观察到的结果. 同时, 肾脏组织切片以及尿液成像结果显示, 颗粒越小越容易通过泌尿系统排出体外. 研究结果为今后开展不同尺寸纳米颗粒材料在活体内的应用研究打下基础.     

基于神经网络的装备维修保障系统研究与应用

随着计算机应用技术的发展,神经网络及以数据库技术和数据库管理系统为基础的数据挖掘技术广泛地应用在现代高科技领域中,成为处理以信息化为主体的装备维修保障系统中大量信息的主要技术手段。文章通过对神经网络的概念、过程以及装备维修保障系统中涉及的数据挖掘方法及系统的实现对上述问题进行了论述。     

基于B/S结构的流动地震前兆数据库查询系统的开发与实现

文章介绍了广泛应用于信息网络中B/S服务方式,应用于我中心的流动地震前兆数据库查询系统的开发过程,描述了该方式的应用过程。该系统借助Internet/Intranet网络,以Microsoft ASP为开发语言,用SQL-SERVER数据库建库,采用IIS6.0集成平台开发,使之具有系统加密、数据查询、数据备份、数据上传、数据格式转换和资料下载等功能。