面向fMRI数据的人脑功能划分

人脑是目前人类发现的最复杂和最具智能的功能组织系统之一.数以万计的神经元相互连接形成了复杂的脑结构,并通过相互间的作用表现出多样的智能活动.脑功能研究是脑科学研究中最重要的内容之一,尤其是功能磁共振成像(f MRI)技术的出现,为人脑功能的研究带来了新的发展机遇.近年来,开始利用基于f MRI数据的计算方法对人脑进行功能的划分,已有研究表明,功能划分所产生的人脑功能子区域比结构图谱中的脑区具有更高的功能一致性,因此更适合用于人脑的功能分析.进一步讲,把人脑功能划分产生的功能子区域用于人脑功能网络的构建能够获得更具可解释性的人脑功能网络,能为人脑疾病机理的研究和探索提供新的手段.本文以f MRI数据为基础,首先,介绍了f MRI数据采集、人脑功能划分及其基本流程;其次,给出了一种人脑功能划分方法的分类体系,并详细阐述了其中主要的人脑功能划分算法;再次,梳理了人脑功能划分中常用的相似性度量和评价指标;最后,总结了人脑功能划分的应用,并深入地分析了人脑功能划分中存在的挑战及未来的研究方向,以期对相关研究提供有益的参考.     

为什么说手是我们的“第二大脑”

手是人类大脑进化的动力，是思维创新的摇篮。由于手的活动，引发了脑的思维，脑的思维又通过手的实践去完成、完善。手和脑在如此不断的循环中不断地相互促进，从而造就了人类文明不断进步的历史。     

关枢神经网络和脑的某些数学理论

人脑是人的智能、意识等一切高级精神活动的生理基础,但是经典的神经科学在解释后的复杂功能方面遇到很多困难.用电子计算机和数学方法伽于究神经系统和脑的功能,是本世纪四十年代以来的一个研究方向,目前已形成了较为成熟的理论.《关于神经网络和脑的某些数学理论》介绍了这方面的内容.     

脑科学:任重而道远

对脑的结构与功能的研究是当今科坛的一大热点,故而本世纪的最后10年已被人们称为“脑的10年”。但这也反映了这样一个事实:迄今为止,我们所掌握的关于脑的知识,还远不足以形成一门关于脑的理论。据最近在美国加利福尼亚州召开的“脑的大规模神经元理论”会议所传出的信息,当今在对脑的探索工作中,脑皮层功能占据中心地     

人脑功能连接组:方法学、发展轨线和行为关联

人脑内部功能连接的全体称为功能连接组,其功能复杂性表现在:(ⅰ)结构到功能的产生机制;(ⅱ)脑功能到心理行为的产生机制(心脑关联);(ⅲ)整个生命历程中的功能发展轨线.一直以来,神经科学家致力于揭示人脑功能在不同生命历程阶段的特征及其深层机制.上述问题的研究能够极大地改善对人脑功能的理解,改进长期以来必须依赖于动物脑功能模型的状况,为重大神经精神疾病的脑功能的病理生理机制研究提供正常参考(常模),进而有助于及时、准确地对其进行诊断、预警、干预和后期评价.但限于实验技术和计算方法,与脑功能有关的上述问题因极具挑战性而尚未被系统地展开研究;静息态功能磁共振技术的出现正在改变人脑功能的研究现状.本文综述基于静息态功能磁共振技术研究人脑功能连接组的计算方法及其重测信度、功能发展轨线应用、心理行为关联.     

问与答

?问:人脑的基本功能有哪些? 众所周知,大脑是人体最为重要的器官。简单地说,人的思维、情感、记忆、学习等高级活动均是由大脑控制的,此外, 人的呼吸、心跳、摄食、感觉功能和运动功能等也是由脑控制的。大脑可以分为脑干(包括延髓、脑桥和中脑三部分)、间脑、小脑和端脑(包括左右大脑半球)。     

脑银行

有这样一个银行,存在那里的东西是得不到利息的,就是连本金都无法退还。这个银行的工作人员希望更多的人将他们最宝贵的东西──大脑存进去,这就是“脑银行”。 位于哈佛大学麦格里医院的脑组织研究中心,就是一个“脑银行”。这个银行里所存的东西是人的大脑,而不是金钱。 数十年来,“脑银行”一直在不懈地寻找他们的“客户”,希望并鼓励人们死后将自己的大脑存入他们那里,尤其特别欢迎那些患脑病的人将自己的大脑送上门。对于此事,“脑银行”是非常认真和严肃的。 很多人绞尽脑汁地猜测为什么“脑银行” 对收集人脑如此感兴趣,如…     

次级运动区参与外源性触发的利手和非利手单指运动

次级运动区是否参与简单随意运动是一个颇有争议的问题, 而利手和非利手运动脑结构基础的差异至今未阐明. 用功能磁共振成像(fMRI)方法, 观察了6名健康右利手受试者在进行视觉信号提示的利手和非利手食指单次按键运动时, 初级运动皮层(M1)以及辅助运动区(SMA)和前运动皮层(PMC)等次级运动区的局部血氧代谢. 结果显示, 在上述外源性触发的简单随意运动中M1, SMA和PMC均有明显激活, 但利手运动主要激活对侧脑区, 而非利手运动则进一步激活了同侧SMA和PMC. 这些结果不但为次级运动区参与外源性触发的简单随意运动的假说提供了可靠的实验证据, 而且进一步说明, 利手运动主要依赖于对侧次级运动区, 而非利手运动则需要双侧次级运动区的参与.     

气功功能态脑波研究

人脑作为一个巨系统,具有多种功能态,气功功能态可能是其中的一个特异态。用各种技术手段,对人脑功能态尤其是气功功能态进行分析,对于认识气功的生理机制和开展人脑生理的整合研究,具有重     

从群体到个体脑功能网络的分割及应用

脑成像研究显示,人的心理过程和认知行为是复杂多样的.认知功能定位并不局限于某一特定脑区,而是与脑功能网络密切关联.近些年,基于图论的分析方法推动了对脑功能网络的认识.功能磁共振最新研究发现,脑功能网络具有较大的个体差异性;它主要表现在不同功能网络分布空间和连接程度上的差异.因此,在个体水平上进行功能网络的分割和定位十分必要.相对于任务态,静息态功能磁共振具有实施方便、结果稳定性高等优点,是比较常见的功能网络的构建基础.本文着重介绍了不同的基于静息态数据进行的功能网络分割方法,主要包括聚类分析方法以及独立成分分析方法.在此基础上,又进一步阐释了个体功能网络分割方法以及研究进展.随后,从进化论的角度,本文认为脑功能网络在个体间存在差异的原因主要是由于人脑不同区域演变的不同程度以及高级认知需要导致的.最后,介绍了利用个体间脑功能网络差异的临床应用,以及对未来认知神经研究的展望.     

脑电波的前世今生

人的头皮上可以通过电极采集到电信号。这些电信号是非常微弱的,只有几十微伏。1924年德国医生Hans Berger首次在人头皮上记录到这种信号,并将其命名为electroencephalogram(EEG)。如今,脑电图已经成为医院的常规检查之一,更是脑科学研究中独特的研究工具。本文简要介绍了脑电信号的发现、发展以及主要应用,并讨论了脑电信号未来的研究方向和可能的应用前景。     

香皂纸片好心情

一次性香皂纸片,大小厚薄都与名片相当,平时干燥平整,出门旅行、娱乐非常便于随身携带。需要时取出一张,在水中湿润一两秒钟,用手一搓,立即产生泡沫,具有去污除菌功能,用完即可丢进垃圾桶,很是方便。在宾馆饭店、     

封面说明

<正>建立心理学概念与神经机制之间的联系,即心脑关联,是心理科学走向成熟的必要条件.心理学概念在一定程度上依赖于观测者,形成多个理论体系("流派")并存的局面.利用以脑为中心的研究框架,有望依据脑的功能组织结构重组心理学中的概念,将与某一脑功能网络关联的一组心智、行为特征定义为一个新的心理学概念.这些新概念将以神经系统活动特征为基础,与观测者独立,使     

会爬行的怪鱼

正最近,科学家在澳大利亚塔斯马尼亚岛海域发现了一群红色手鱼(Thymichthys politus),这是迄今为止人们发现的第二个红色手鱼种群。红色手鱼是一种外形非常奇特鱼,它顶着一个醒目的背鳍,仿佛梳着“莫西干”发型,还长着一对像手一样的胸鳍。红色手鱼活动的范围很小,因为它们几乎不会游泳,只用“手”支撑着身体缓慢爬行。红色手鱼非常稀少,之前已知的种群只有一个,据估计有20～40只。此次发现的种群生活在距离前一个种群不远处,规模也基本相当。近年来,由于栖息地消退、海水污染和物种入侵等     

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.     

眼睛——未来的时钟

眼睛是脑的延续,享有＂脑之天窗＂的誉称;人从外界获得的信息90%来自眼睛,它是五官中第一＂信息大户＂;人的工作、学习、生活样样离不开眼睛,它对人如生命一般重要……不过,说来说去,总离不开一个＂看＂字。仿佛眼睛除了视觉功能以外,就没有什么别的能耐了。如果你在5年前这样认为,你或许没错,可日历翻到今天就另当别论了。     

当前脑科学的发展态势和战略——访复旦大学脑科学研究院杨雄里院士

正进入21世纪以来,美欧等国家和地区先后启动了脑研究计划,中国也在几年前酝酿以重大专项形式开展自己的脑研究计划。探索和揭示人脑功能奥秘一直是人类和科学界的梦想。早在1990年,美国就曾把20世纪90年代命名为"脑的十年",并执行了相应的科学计划。进入21世纪以来,随着知识的积累,科技手段的不断出新,美欧等国家和地区先后启动了脑研究计     

触觉对心理和感情的巨大影响

皮肤饥俄的孩子长不好 大家都知道用手充满爱意地轻轻抚摸人的身体,可产生各种神奇的作用。比如,它可缓和疼痛、传达好感和亲近感、表达爱情……其中有一个作用就是它可缓和人的精神压力。 特别是婴幼儿时期,手的抚摸所产生的抗精神压力作用,对孩子以后的成长具有非常重大的意义。用猴子和老鼠做的实验证明动物在幼儿期,如果得不到母亲或抚养者的充分爱抚(手的抚摸和拥抱等),就会发育迟缓、性格异常、不能适应正常的社会生活。 美国的一位学者把刚出生的小猴从母亲身边抱走,然后给它一个用金属丝作的母猴模型和一个用柔软的厚布作的母猴模型。结果,小猴     

脑的知识——老化的脑和痴呆的脑之区别

脑的组织 脑由神经细胞、神经胶细胞、血管组成。脑是神经系统的中枢,是思维活动的摇篮,是人体的最高司令部。人的一切活动都是在大脑的指挥下进行的。人的大脑形状就像核桃仁那样,由两个不完全分离的大脑半球组成。这两个大脑半球扮演不同的“角色”,左脑半球接收来自人体右侧的感觉、视觉等,并控制人体右侧的动作,此外,还有语言、概念、计算、分析、逻辑、推理等功能;右脑半球则接收来自人体左侧的感觉信息,并控制人体左侧的动作,还具有音乐、绘画、空间几     

脑功能理论的当代发展和前沿研究计划

21世纪以来,研究人员逐渐揭示出人脑前额叶特别是内侧前额叶的认知功能,脑内的社会镜像神经元系统以及默认网络.这些发现,扩展了20世纪关于经典特异神经通路和网状非特异系统的概念,认识到人脑含有4类机能解剖系统.除了并行协同工作的特异系统和网状系统外,人脑还有以180°相位差交替转换式活动的默认网络和社会认知网络.在所概括的4条神经信息处理机制中,由于自然脑进化的遗传保守性,人脑和动物脑共性大,而与电脑间存在本质差异.人脑功能的独特性体现为社会属性和生物属性高度融合的巨复杂性、四层次性及其包容性.本文简要介绍了脑连接组计划、脑活动图计划和中国脑计划,希望能引起人们关注人脑、动物脑和电脑的共性和本质差异,以便更正确地对待脑科学和人工智能领域的研究成果.