利用自举法与相干矢量虚部研究脑电信号的连通性

多导联脑电信号之间的连通性分析有助于了解脑的不同分区之间的信息交互。为了研究实验任务引起的脑区之间的连通性,提出了一种结合自举法与相干矢量虚部的统计分析方法,并用于研究左、右手运动想象任务中的信息交互。结果表明:在单侧的运动想象任务中,辅助运动皮层与对侧的运动前区及初级运动感觉皮层具有广泛的联结关系,同时提示受试是采用具有肌肉感觉的运动想象模式。该方法简洁、意义明确,可以进一步应用在脑-机接口及事件相关电位的研究中。     

运动态人脑默认模式网络脑电信息传递动力学行为分析

为探究人体进行运动相关任务时大脑默认模式网络与其他脑区间的连接规律，基于运动及运动想象脑电信号公开数据集，通过快速傅里叶变换对不同状态下的脑电信号划分频段并进行滑动加窗处理，得到静息与运动态下同皮层不同频段的平均时间序列。采用动态传递熵的构造方法，分析默认模式网络到运动皮层、默认模式网络到前额叶皮层的信息交互，并在多个数据集下进行显著性检验。将动态传递熵的分析方法结合逻辑回归、决策树、XGBoost算法对不同任务进行分类研究，结果表明：大脑不同皮层功能区在进行不同任务时具有显著差异；相较于静息态，前额叶皮层和运动皮层在运动过程中更加活跃，γ频段相较其他频段也更加活跃；相较于静息态，运动态及运动想象态下默认模式网络到运动皮层、默认模式网络到前额叶皮层的信息交互都更强烈，其结果在不同样本空间的显著性检验P值小于0.025,此方法稳健；脑电信号动态传递熵方法可以将机器学习算法的分类准确率提高20%以上。研究可为运动态脑电信号辨识提供理论参考。     

基于脑电特征的多模式想象动作识别

对不同部位肢体想象动作诱发的脑电特征进行辨识,并提取出对应的思维信息,这是实现脑-机交互的经典方法之一,传统的左、右手双想象动作诱发模式下信息转化效率较低,引入多个肢体部位想象动作的多模式转化方法可望改善这一缺点.采用二维时频分析结合Fisher分析的方法,从典型受试者的多模式想象动作脑电信号中提取出有利于分类识别的事件相关去同步化和同步化特征信息,再使用支持向量机建立双层分类器对多模式想象动作进行分类识别.本方法对于4种不同肢体部位的识别可以达到较高的正确率(85.71%).结果表明,多模式想象动作的诱发脑电特征信息具有明显的空间特异性,可以用于脑-机交互思维任务的识别和提取,值得进一步研究.     

基于多通道脑电特征运动意识任务的分类

提出利用多通道脑电（EEG）相关性信息作为特征，实现对想象左右手运动两种意识任务的分类．分析了两种意识任务下描述多通道EEG相关性的两个参数空间复杂度和有效场强的变化，发现想象任务开始时，对侧脑区空间复杂度增高，有效场强降低，而同侧脑区的变化恰好相反，较好地反映了想象左右手运动时大脑两侧运动皮层状态的不同．将两种特征联合用于分类，得到了满意的结果，从而为脑一计算机接口系统中意识任务的特征提取与分类提供了新思路．     

基于功能性近红外光谱技术的脑机接口

为了探究功能性近红外光谱技术(fNIRS)对相同动作的运动想象和运动执行区分可行性以及前额皮层对运动想象和运动执行分类准确率的影响,研究测量了15位受试者手臂伸展和手指敲击的运动想象过程和运动执行过程的前额皮层和运动功能皮层的血氧变化信号.提取均值,斜率,二次项系数和近似熵特征建立基于支持向量机的四分类模型.对应于手臂伸展和手指敲击的四分类模型,分别实现了87.65%和87.58%的分类准确率.相对于单独运动功能皮层区域建立的运动功能皮层-fNIRS-脑机接口,引入前额皮层血氧变化信息能显著提高脑机接口分类性能,且对手指敲击动作的提高效果大于手臂伸展动作.因此,前额皮层区域的血氧响应生理特征能提高fNIRS-脑机接口的分辨性能,同时验证了fNIRS-脑机接口应用于多种肢体动作脑功能活动提取的可行性.     

基于fNIRS技术的脑机接口研究

功能性近红外光谱技术(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)作为一种无损光学脑成像技术,可用于构建脑机接口(brain-computer interface,BCI)以识别操作者肢体控制意图.利用fNIRS技术测量11位参试者的手臂伸展、腿部伸展和手指敲击的前额皮层(prefrontal cortex,PFC)和运动功能皮层(motor cortex,MC)的血氧变化信号,并利用fNIRS的生理特征和支持向量机建立fNIRS-BCI分类器.结果表明手臂伸展、手指敲击和腿部伸展的四分类fNIRS-BCI平均正确率分别为89.32%,、88.66%,和91.35%,;fNIRS-BCI的运动想象动作的分类正确率不低于运动执行动作;3种任务范式的混淆矩阵分析结果表明:运动想象诱发的脑功能活动与同侧肢体的运动执行、对侧肢体的运动想象活动产生混淆,3种任务范式的同侧运动想象和运动执行的血氧数据检验结果存在显著差异.因此,fNIRS-BCI能有效识别运动想象和运动执行活动,且运动想象和运动执行活动的血氧数据变化具有可分性.     

基于相位同步指数的运动想象脑电平行坐标可视化分类

脑电相位同步可以反应大脑不同功能区域之间的连接性能,是当前脑科学研究中最活跃的课题之一。平行坐标作为信息可视化的主流技术,在可视化数据分析和模式识别领域有广泛应用。本文以脑机接口竞赛的运动想象脑电数据(Data Ⅲ)为对象,以平行坐标可视化技术为手段,基于相位同步指数和线性判别分类器对左右手想象意识任务进行识别。结果表明,信息可视化技术为脑机接口系统的实现提供新的思路。     

基于主成分分析和Granger因果检验的手动任务脑功能效应连接

提出了一种基于Granger因果关系检验和主成分分析的fMRI数据效应连接方法,并将两种方法有效联合研究手动任务下激活皮层的因果效应连接。该方法首先由统计参数图法(SPM)组分析得到任务激活脑空间图,选取感兴趣区域(ROI);其次通过主成分分析提取ROI内fMRI信号的时间主成分,以此特征作为时间参考信息;最后计算参考区域与大脑其余每个体素之间的Granger因果关系,并映射到全脑,形成Granger因果图(Granger Causality Map,GCM)。理论和试验结果阐明了提出方法的有效性及可靠性。运用该方法研究人脑运动功能脑区在手动任务下的效应连接GCM,验证了运动功能神经网络理论。     

基于降维Householder变换的多任务运动想象脑电信号特征提取研究

近年来,针对传统的左右手运动想象BCI系统信息传输速率低这一现状,众多脑-机接口(BCI)研究团队开始着眼于对多任务运动想象脑电信号的研究,相比于两类模式识别,多类模式识别能够有效提高BCI系统的信息传输速率。如何准确提取出多任务脑电信号的特征,是实现多任务BCI系统的关键。采用了基于初等反射变换(又称Householder变换)的矩阵近似联合对角化算法,将CSP算法应用于多任务运动想象脑电信号的特征提取,对EEG信号采集效果较好的受试者,四任务运动想象脑电信号的分类准确率提升至80%以上,为在线BCI系统的实现奠定了坚实的基础。     

事件相关电位活动中脑电信号的连通性

事件相关电位的传统研究方法侧重于对电位成分及时间信息的分析,缺乏对不同脑区之间连通性的探讨。为了解听觉、视觉及运动事件在不同脑功能区的脑电信号之间引发的信息流,应用自举法及相干矢量虚部的计算,配合群组数据的统计分析,研究了不同刺激的诱发相关电位。结果表明:该方法可以有效地反映不同实验范式中不同脑区之间空间拓扑关系的差异。基于自举法及相干矢量虚部的研究方法可以作为传统的事件相关电位研究方法的有益补充,从而更好地对大脑皮层功能机制进行探索。     

基于Granger因果检验和PCA的脑网络效应连接方法

为了提高脑功能效应连接网络检测的可靠性,提出了一种基于Granger因果关系检验和主成分分析(PCA)的功能磁共振(fMRI)数据效应连接方法.该方法首先通过PCA提取感兴趣区域内fMRI信号的时间主成分,以此特征作为时间参考信息,然后计算参考信息与大脑其余每个体素之间的Granger因果关系,并映射到全脑,形成Granger因果图(GCM).理论推导阐明了所提方法的有效性.采用该方法研究人脑运动功能脑区在手动任务下的效应连接GCM,结果验证了运动功能神经网络理论.     

Embryonic assembly of a central pattern generator without sensory input

Locomotion depends on the integration of sensory information with the activity of central circuitry, which generates patterned discharges in motor nerves to appropriate muscles. Isolated central networks generate fictive locomotor rhythms (recorded in the absence of movement), indicating that the fundamental pattern of motor output depends on the intrinsic connectivity and electrical properties of these central circuits. Sensory inputs are required to modify the pattern of motor activity in response to the actual circumstances of real movement. A central issue for our understanding of how locomotor circuits are specified and assembled is the extent to which sensory inputs are required as such systems develop. Here we describe the effects of eliminating sensory function and structure on the development of the peristaltic motor pattern of Drosophila embryos and larvae. We infer that the circuitry for peristaltic crawling develops in the complete absence of sensory input; however, the integration of this circuitry into actual patterns of locomotion requires additional information from the sensory system. In the absence of sensory inputs, the polarity of movement is deranged, and backward peristaltic waves predominate at the expense of forward peristalsis.     

双圈与双圈拟阵的连通性

对双圈G与双圈拟阵B(G)的连通性进行了研究,比较了它们的连通度.在讨论双圈拟阵的秩函数r(X)和用用极小顶割集AG(G[X])表示了连通函数k(X)的基础上,由主要引理"M是Tutten-连通的,且(X,E-X)是M的一个满足o(X)=min{o(X′):(X′,E-X′)是M的一个Tutten-分离划分},则G[X],G[E-X]都是连通的",推出如下结果:(1)用统一方法证明"B(G)是Tutten-连通的G是n-双圈连通的"等三个命题;(2)比较了连通度,给出双圈与双圈拟阵各种连通性的图形交换.     

航空自组网单、双向航路连通性研究

针对目前海洋空域中的航空自组网存在节点密度较小、连通概率较低的状况,提出了一种容延容断网络（DTN）的存储 运载 转发策略.从理论上分别推导出航空自组网中单、双向航路连通概率的数学表达式,并通过仿真实验验证了理论计算结果的正确性.进一步根据东亚和北美地区之间的实际航班数据仿真计算了北太平洋航路上航空自组网的连通概率.通过具体实例,分析了存储 运载 转发策略的有效性.结果表明,在航空自组网中,针对航班密度小的情况,采用该策略可以显著提高网络连通性.
关键词：
中图分类号： 文献标志码： A


Abstract：     

Maturation and connectivity of the visual cortex in monkey is altered by prenatal removal of retinal input

In several species, the peripheral input from the eyes partly determines the pattern of interconnections between the visual areas of the two cerebral hemispheres through the fibre tract termed the corpus callosum. In the macaque monkey, the neurons projecting through the callosum are largely restricted to area 18 throughout ontogeny, whereas area 17 is characterized by few or no callosal projections. Here, we show that suppressing the peripheral input by prenatal removal of the eyes leads to a marked reduction in the extent of area 17, resulting in a large shift in the position of the histologically identifiable boundary between the two areas. Even so, the boundary continues to separate an area rich with callosal connections (area 18) from one poor in such projections (area 17), indicating there is no effect on the callosal connectivity of area 17. In contrast, in area 18, eye removal results in many more neurons with callosal projections than in normal animals. The results suggest that the factors that determine the parcellation of cortical areas also specify their connectivity.     

Integration of target and body-part information in the premotor cortex when planning action

To plan an action, we must first select an object to act on and the body part (or parts) to use to accomplish our intention. To plan the motor task of reaching, we specify both the target to reach for and the arm to use. In the process of planning and preparing a motor task, information about the motor target and the arm to use must be integrated before a motor program can be formulated to generate the appropriate limb movement. One of the structures in the brain that is probably involved in integrating these two sets of information is the premotor area in the cerebral cortex of primates. The lateral sector of the dorsal premotor cortex is known to receive both visual and somatosensory input, and we show here that neurons in this area gather information about both the target and the body part, while subsequent activity specifies the planned action.     

基于生物视觉通路的目标识别算法

研究哺乳动物视觉通路的结构和功能,为机器学习提供了广泛的思路。文章对经典稀疏编码和HMAX模型进行改进,建立一种模拟完整视觉通路的算法。用4DGabor金字塔模拟了视觉信息从视网膜到腹侧通路V1区的处理过程;设计一种带稀疏编码性质的非线性滤波器,模拟了信息在V1区到PFC区的多层次处理步骤。实验表明该算法能够符合已知生物模型,达到现有同类先进算法的效果。     

合作博弈隐含连通性假设述评

信息革命蔓延至经济领域之后,经济活动和经济行为效率都越来越依赖于经济主体之间的各种经济关系网络。本文从经济系统连通性的视角对合作博弈理论隐含的连通性假设做简单述评。在连通性视角下,博弈局中人的策略互动就是他们之间连通性质的直接反映。为了保证合作博弈联盟层次的存在和稳定,合作博弈研究还根据需要对博弈系统的其他连通性进行合理假设。相关策略对局中人策略集做出假定,意味着所有可形成联盟的成员之间都存在策略的协调连通性,以此强调联盟中存在具有约束力的协议。合作博弈联盟型框架常常同时采用可转让效用(transferable utility,简称TU)和附加支付(side payment,简称SP)假设,以构建符合要求的效用理论。TU和SP假设意味着在原有局中人得益空间基础上并上一个货币-效用流通空间。与之相关的大量文献充分证明连通性结构会对经济系统产生重要影响。超可加性意味着超可加博弈中任何不相交联盟进行联合行动的价值至少与他们各自行动的价值一样大,因此可以解释为对经济整体运转有效的假设。     

关于图的代数连通度的注记

n阶连通图G的代数连通度、点连通度和边连通度分别记作α(G) ,κ(G)和λ(G) .本文给出了当 2 κ(G) n- 2时 ,α(G) =κ(G)成立的充要条件 ,讨论了α(G)的代数重数以及相应于特征值α(G)的特征向量的性质 .最后给出了当 1 λ(G) n- 2时 ,α(G) =λ(G)的充要条件 .