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.     

脑电研究方法上的突破性探索——读弗里曼和基罗加新著《脑电的脑功能成像》

正英国神经科学家、当今意识研究的领军人物之一格林菲尔德(S.Greenfield)说过:一个物质的脑,如何会产生高度发达的心智?此问题还有另一个连带的问题:两者中之一如何会影响到另一个?这些问题是对人类智慧从未有过的最大挑战。从20世纪初到20世纪70年代以前,行为主义一直主宰着脑的研究。该学派认为,能够用科学的方法加以研究的只有行为,也就是给予实验对象(无论人还是动物)某种刺激,观察其相     

描述睡眠脑电多重分形特性的一种新参数

对于人脑如此复杂的系统, 传统的非线性动力学方法, 如关联维、李雅普诺夫指数、近似熵及去趋势波动分析等, 使用单一参数并不能充分描述脑电信号的复杂行为. 而多重分形理论使用奇异谱描述脑电信号的非线性动力学行为则能够得到更多的信息. 使用多重分形理论对睡眠脑电信号零点穿越间期序列进行研究, 提出了一种描述奇异谱不对称性的新的多重分形参数Δ_asα, 并与通常使用的多重分形参数Δα, 进行了比较. 单向方差分析的结果表明, 相对于Δα, 新提出的参数Δ_asα 给出了更好的睡眠状态区分, 尤其在清醒状态与睡眠状态及睡眠阶段3与睡眠阶段4的区分中, 优势更为显著.     

学习与脑功能的关系

学生的左脑或右脑的功能发生障碍,或者左、右脑的协同活动出现问题,就不能顺利完成课程学习,也不会建立起正常的师生关系和同学关系,从而引起学业不良现象。左脑和右脑的协同活动能够得到顺利进行,是学习获得成功的重要条件。那么,这个条件是怎样获得的呢?其关键何在呢?     

P300电位中p3b成分的脑电同步功能磁共振研究

采用脑电同步功能磁共振成像技术研究P300事件相关电位中与P3b成分相关的BOLD信号及其脑源定位. 11个受试者在1.5T功能磁共振扫描仪中进行一项Landot圆环作业, 测试过程中每隔4 s采用回波平面成像法对全脑进行一次扫描, 扫描时间为2 s, 扫描间歇2 s, 同时采用与功能磁共振扫描仪兼容的64导脑电采集系统记录受试者脑电信号, 并使用磁共振伪迹清除软件对信号去伪迹得到连续EEG波形. 另外, 设计了P300匹配滤波器检查每次靶刺激出现后的脑电信号段, 筛查出能够诱发产生P300波的靶刺激, 分析这些靶刺激发生前后的磁共振扫描图像序列, 建立磁共振统计参数图并进行校正, 最后完成多参数比较. 其中通过Random effects group方法发现双侧下顶叶和右上顶叶显著激活(P<0.001, 未校正). 研究表明以上区域是记忆比较P300任务中P3b成分的脑激活源, 它们参与这一任务的目标判断过程.     

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-肠肽的脑内功能

《脑-肠肽的脑内功能》就脑-肠肽在脑内的作用方式、脑-肠肽的脑内功能、血脑屏障与脑-肠肽的关系等内容作了介绍.脑-肠肽功能的研究目前正方兴未艾.全面阐明脑-肠肽的生理功能有助于深入认识机体正常调节系统,同时对临床许多疑难病症的发病机理的探讨有重要意义.     

认知与脑老化研究的新方向:论人脑额顶功能网络的重要性

<正>2012年,全世界60岁以上的人口已达到8.1亿,占全世界总人口的11%;预计到2050年,60岁以上的人口将达到20.3亿,占全世界总人口的22%.我国60岁以上老年人2014年末已占总人口15.5%,高达2.1亿;预计到2020、2050年将分别达2.48亿和4亿,分别占总人口17.17%和30%;80岁及以上高龄老年人口到2050年将达到1.14亿.中国人口重度老龄化和高龄化问题日益突出.人口老龄化不仅给社会和家庭带来经济、养老、医护等负担,更因增龄性衰老直接降低老年人生活质量.认知和脑功能老化机     

神经计算网络的原理与功能

有许多系统具有计算机存储功能。人脑的生物系统、细胞自动机的数学系统以及神经计算网络的电学系统就是其中的范例。未来计算机研制的一个首要任务是研究那些尚未赋予计算机的计算能力和生物型存储功能,以及拥有这些能力和功能的系统。这里,关键之点是使计算机具备并行计算、集体计算的能力,联想、纠错的功能,和丰富的知识库。《神经计算网络的原理与功能》一文详细讨论神经计算网络的生物学考虑,以及它的原理与功能。     

脑磁图与大脑功能检测

脑磁图是研究大脑活动的一种新手段,它通过对脑神经电流产生的微弱生物磁场的测量,对脑活动进行功能性成像.本文介绍了脑磁图的特点、基本工作原理、研究现状和在临床医学和基础脑科学研究中的应用,以及目前脑磁图研究中存在的问题和解决途径.     

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.     

孤独症儿童脑电与眼动追踪研究

孤独症谱系障碍(ASD)是一种复杂脑发育障碍,儿童时期是孤独症问题行为诊断和干预的关键时间窗.本研究基于脑电和眼动追踪来探索孤独症儿童和正常儿童的发展规律.实验1为脑电发展研究,共招募351名年龄范围为3~9岁的儿童(孤独症组:80名,健康对照组:271名),记录静息态脑电,通过Pwelch方法对儿童脑电进行相对功率谱分析,并建立线性模型探索年龄和诊断组别主效应.结果发现,随着年龄的增长,孤独症儿童慢波波段相对功率谱的发展趋势和正常组具有相似的下降趋势,但是在alpha波段,孤独症儿童的发展趋势与正常儿童存在着显著偏差.实验2为眼动注视模式研究,共招募了293儿童(孤独症组:104名,健康对照组:189名),以一岁作为间隔对孤独症儿童兴趣区域注视时间统计分析,发现孤独症儿童注视共同注意缺失,而更多注意视频材料中的背景和身体部分.经研究表明,脑电神经振荡活动和眼动注意特征可用于儿童发展的客观发育评价,并能揭示脑电特征和注视行为模式随年龄变化的规律,有助于孤独症儿童的早期识别.     

蛋白质、碳水化合物与脑功能和行为

动物依赖于食物而生存。尽管目前还不清楚脑神经元执行正常生理功能的最佳营养供给,但动物早期营养严重缺乏将影响大脑发育这一事实已得到公认。除此之外营养缺乏还会导致动物的行为改变,如蛋白质营养早期不良所致的智力迟钝、矿物质缺乏动物表现的嗜咬症等。由于这些行为表现明显,因此早就引起     

脑的内在功能建构新探

据英国Nature，2007，447：83报道，文森特（J．L．Vincent）等人以猕猴为对象的测试表明，与特定行为有关的大脑皮层系统即使在麻醉状态下也发生一致的代谢波动。     

抑郁症相关的认知与情绪系统脑网络异常

对周围的情境有正常的认知及产生相应的情绪对于人类社会交往有重要意义.与健康人群相比,抑郁个体却对情境有着减弱的认知加工及过强的情绪加工,这反映了大脑中认知及情绪网络功能上存在异常.以脑功能磁共振成像为研究手段,近年来对抑郁症脑机制的研究逐渐增多.这些研究在认知、情绪以及二者交互作用3个方面集中显示了额叶-边缘系统的功能改变.其中,情绪网络异常主要体现在杏仁核和脑岛,并涉及5-羟色胺转运体基因型与抑郁症之间的关系;认知网络异常主要体现在执行控制和默认网络;而抑郁症对二者交互作用的影响则主要体现在杏仁核和背外侧前额叶.了解归纳与抑郁症相关的认知和情绪脑网络异常能够为将来进一步揭示抑郁症发生的神经机制奠定基础,同时为更加深入的研究提供线索.     

人脑功能特性神经类型的探讨

近几十年来,由于科学技术的飞跃发展,人类对于自身的研究已有明显的加速,如果说,二十世纪八十年代的带头学科是生物学科,那么对于人脑的研究、则成为这个学科领域中最核心、最有意义、最富有魅力的课题。     

人脑功能的非线性动力学的探索

人脑的活动可以说是当前科学探索的一个最大的难题.自从近代科学发展以来,人们探索微观世界和物质结构的基本单元,以及辽阔的宇宙,在本世纪中都得到很大的进展.但是对于自身特别是取得这些进展的认识工具——人脑,虽然从分析的方面也取得了不少的结果,可是有关它的整体行为却知之甚少.其原因是多方面的,除了人脑的复杂与多变以外,更重要的似乎在于多年来科学发展所产生的世界观阻碍了人们的思想.自     

电网络的一个相关性拓扑性质

本文给出了一个电网络支路电压相关性的普通性质,它在网络参数可解条件和网络可解条件等方面的研究中有重要的应用. 给定线性网络N.设N有b条支路,n+1个节点,其中m+1个为激励节点(集合记为σ_m)。     

MRI兼容的石墨烯电极及脑深部电刺激与fMRI联用

<正>脑深部电刺激(deep brain stimulation,DBS)和功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)联用对理解复杂的大脑网络连接,解析DBS治疗各类神经疾病的机理和效果都有重要意义.由于磁化率与脑组织的巨大差异,传统DBS电极通常会导致电极周围磁场的严重扭曲,使得大面积的脑区被电极伪影遮挡从而不可见,严重