小世界网络同步的非线性时滞反馈控制

大脑的病态同步放电活动会导致一些神经类疾病,如帕金森、癫痫等.采用Izhikevich神经元模型构建一个兴奋-抑制小世界网络,增加网络的耦合强度能够实现网络的同步簇放电.对网络施加非线性时滞反馈控制,网络的这种同步活动很快消失.仿真结果表明:微分形式的反馈控制去同步的同时,保持了单个神经元的固有放电特性,且这种反馈控制不具有侵害性.直接形式的反馈控制通过抑制神经元的放电活动来抑制网络的同步,这种形式的反馈控制对刺激参数的变化具有鲁棒性,更适用于实际的深度脑刺激术.     

复杂动力网络结构的同步稳定性研究

分析了复杂动力网络的同步稳定性与其拓扑结构的关系,讨论了最近邻耦合网络、小世界网络和随机网络三种不同拓扑结构网络模型的同步稳定性,数值计算了对给定动力学方程的三种网络模型的最大横截李雅普诺夫指数,其结论与耦合结构矩阵的特征值分析相一致.     

基于复杂网络的脑电信号回归分析

基于相点距离集合确定脑电信号的相空间重构嵌入维数,并得到时间序列的相空间轨迹.把由相空间轨迹构成的回归矩阵转化为复杂网络的连接矩阵,并用复杂网络的特征参量表征回归矩阵的性质.实验结果表明,由不同生理状态的脑电信号构成的回归矩阵呈现出普适和非普适特征,也就是小世界特征的一致性和聚类结构的差异性.这些结论与实际脑网络的小世界特征和脑功能区域的聚类结构能够很好吻合.     

一类小世界振子网络的滑模控制混沌同步

基于滑模控制理论研究了一类小世界振子网络的混沌同步问题,并根据Lyapunov稳定性理论给出了系统渐近同步的充分性条件,给出的数值算例表明了该方法的有效性。     

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.     

基于解剖距离的功能脑网络建模方法研究

为了分析解剖距离对静息态功能脑网络建模的影响,在解剖距离的基础上将节点共同邻居引入到功能脑网络的建模中。设计三个模型,分别是基于解剖距离,节点共同邻居个数和解剖距离与节点共同邻居个数。借鉴残差的方法创建最优静息态功能模型网络评价标准。在每种模型网络中选出最优的模型网络。然后将每种模型中的最优网络与真实数据fMRI网络对比选出能够最大程度模拟真实网络的模型网络。结果证明在AAL模板下单独基于解剖距离建立的功能脑网络能最大化的模拟真实的网络。     

脑网络组学构建分析及应用研究

大脑是自然界最为复杂的系统之一。脑网络作为复杂网络理论在神经科学中的重要应用,极大程度上表现了不同尺度的脑结构或功能连接模型,提供了解释人脑这一复杂系统在结构组织及信息加工模式等问题的重要工具。同时,脑网络在脑疾病的临床应用研究中,也已证明很多脑疾病,在网络层面中均体现了不同程度的拓扑结构差异。这些成果为在系统水平上揭示脑疾病的病理机制提供了新的思路。笔者将以脑网络研究为重点,介绍脑网络的构建方法,包括不同影像类型下节点及边的定义方法;关联矩阵的阈值选择及稀疏度的划分方法;网络度量指标的计算,包括度、小世界属性、模块化等;脑网络的比较方法及其在抑郁症的临床应用及未来可能的研究方向。     

基于随机交叉机制的同步优化网络模型

在不改变网络度分布的前提下,采用随机交叉机制对网络的同步能力进行优化,提出了一种无标度网络的同步优化网络模型．在同步能力提高的过程中,观察网络匹配特性、聚类系数、特征路径长度和最大介数的变化趋势．仿真结果表明,对于类型Ⅰ无标度网络,最大介数与同步能力没有相关性,而对于类型Ⅱ无标度网络,最大介数随着同步能力的增加而减小．无论哪一种类型的无标度网络,网络同步能力增加时同配特性均降低．     

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.     

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.     

基于格兰杰因果关系的磁刺激内关穴脑功能网络的研究

磁刺激具有有效、无痛、无损伤、易于重复和操作简便等显著的优点,在中枢神经功能检测和神经功能恢复等方面具有广泛的应用价值.穴位是中医针灸调控神经系统由体表刺激到体内的切入点,对研究大脑调控机制和疾病的治疗有重要意义.本研究利用格兰杰因果关系构建基于磁刺激内关穴（PC6）的脑电（EEG）信号的脑功能网络,探究大脑的因果关系变化规律,并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.研究表明,磁刺激内关穴前整个大脑系统的信息流向是平衡的,而磁刺激内关穴后额叶区的格兰杰因果关系的强度增加,且信息流向主要由额叶流向枕叶.顶叶区C4介数中心性强度显著提高.网络的传输效率提高,网络的"小世界"属性增强.     

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.     

具有同步调整功能的多媒体同步模型研究

本文在基于时间Ｐｅｔｒｉ网的多媒体同步模型ＯＸＣＰＮ的基础上，讨论了支持 同步调整的媒体对象表示方法、媒体划分的粒度、多媒体同步的调整策略、多媒体应用的实现，提出了同步调整的算法，并证明了多媒体的同步表示可以用一种Ｐｅｔｒｉ网形式表示。     

基于频率调节的网络时间同步算法研究

针对Internet上时间服务器访负担过重的问题，在分析了同步过程中各种噪声的特点后，设计了一种客户端频率调节同步算法．该算法在保证精度前提下，有效降低了对服务器时间的请求次数，同时改善了客户时钟的频率性能．     

基于小世界邻域结构的微粒群算法研究

分析了邻域结构对微粒群算法的影响,针对收敛速度慢,早熟收敛等缺点,结合小世界网络的基本特性,提出了一种基于小世界邻域结构的微粒群算法.在该模型中,邻域内部的高聚集性有利于微粒的细致搜索,而邻域间少量的长程连接又能保证微粒在进化过程中更加全面、快捷地实现信息的有效共享,从而在提高收敛速度的同时防止陷入局部最优.将本模型与Gbest模型及环形结构进行比较,发现该算法不仅具有更快的收敛速度,而且能够获得更好的收敛效果.     

基于复杂网络的混沌同步研究

根据Lyapunov稳定性理论,分别给出了环状网络和全局耦合网络渐近同步和指数同步的充分条件.并对两种不同结构网络的同步性能进行了比较,发现全局耦合网络同步性能更好.最后以Lorenz混沌系统为节点,分别对4个节点的环状网络和全局耦合网络的混沌同步进行了数值仿真,验证了结论的可靠性.     

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。     

Hindmarsh-Rose神经元模型在小世界网络里的非线性耦合

研究了Hindmarsh-Rose神经元模型在小世界网络里的非线性耦合问题.通过改变邻居半径m和重连概率P来观察模型的同步问题.同步误差主要是通过解网络里的微分方程来实现的,从而揭示了该神经元模型在小世界网络里的同步规律.     

脑电节律同步效应研究

本文介绍了进行电脑节律同步效应的实验系统和方法,同时对人脑在正弦调制光刺激下诱发电位响应特性进行了研究。