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.     

发展认知神经科学:人脑毕生发展的功能连接组学时代

神经影像技术促进了脑科学研究的巨大进步,促成了发展认知神经科学的诞生.作为心理学与神经科学的交叉学科,发展认知神经科学在揭示心脑关联的内在机制上发挥着越来越重要的桥梁和纽带作用.人脑毕生发展的连接组学机制是该学科研究的核心科学问题之一,它将有望从毕生发展的视角深度解析微观底层(如分子与激素水平)与宏观高层(如个体与社会心理行为)相互作用的神经机制.本文将介绍当前发展认知神经科学的最新进展及人脑功能在毕生发展不同阶段的具体特征;阐述人脑毕生发展轨线绘制和常模构建的可行性和必要性,同时对人脑毕生发展常模建构的一系列问题,如数据采集、分析和处理等的规范,及已有的工作基础、研究前景与面临的挑战进行系统性的讨论.     

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.     

脑电八导联网络参数L与脑功能的对应

气功与大脑状态和功能的具体联系如何?找出脑电混沌吸引子维数与气功功龄之间的统计关系,脑电AR模型阶数矩阵与气功状态之间的对应关系。     

不同年龄和认知功能成人脑涨落图功率空间构型的比较

梅磊教授建立了一种新的脑电波分析技术——脑涨落圈技术(encephalofluctuograph technology，ET)，从功率和频率两个角度分析脑波的涨落过程，以研究脑功能的自组织活动及其时空构型，并已出版专著和开始临床应用，认知活动是人及的高级功能，包括知觉、注意、记忆、思维、盲语等能力，是整个大脑复杂活动和自组织的产物，鉴于所获得的结果比较丰富，本文只着重扼要地报告我们对不同年龄和认知功能成人脑涨落圈功率空间构型比较研究的主要结果。     

老化研究:血液的秘密

<正>科学家们通过将动物们缝合在一起的实验,发现年轻动物的血液可以更新衰老的组织以使年老动物获得重生。目前,他们正在测试这一方法是否能够应用于人类。两只小鼠并肩相偎,一起啃食喂给它们的食物。当其中一只转向左侧,我们便可以清楚地看到,食物并非它们分享的全部:原来它们的前后腿都被绑在了一起,身体上有一排整齐的缝合线,将它们的皮肤连在一起。然而,就在皮肤下面,两只小老鼠还有另一层更深入的连接:它们的血液彼此相通,通向彼此的心脏。     

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?     

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.     

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。     

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.     

顶中区N200:一个中文视觉词汇识别特有的脑电反应

除中文外,世界上现今使用的几乎所有文字均为拼音字母文字(如英文),其词汇识别涉及分辨几十个字母或语音单位的一维线性组合.中文词汇包含数量众多的方块汉字,需要在部件、单字和多字层次上抽取复杂的形状和空间信息.两类文字视觉形态上的巨大差异,是否对应不同的大脑加工过程?对于这个心理学和脑科学的重大问题,过去30多年的实验研究并没有得出明确的结论.采用脑电技术和视觉词汇判断任务,让以汉语为母语的被试区分真词和假词,结果显示,中文双字词在其呈现后约200ms诱发了一个负走向的、以脑顶部和中央区域为中心、分布广泛的脑电反应,称为顶中区N200.此外,词汇重复呈现时,该N200出现一个罕见的、大幅度的增强效应.类似的效应在英文等字母文字的识别中并不存在,提示顶中区N200是一个中文特有的脑电反应.进一步的实验表明,该N200不反映感知觉加工,也不反映语音、语义加工,而反映词形加工,提示中文词汇在其识别过程的早期就完成了对个体词形的视觉分析,涉及相当广泛、高级的视觉加工脑区.作者最近提出的汉字拼义理论,把汉字同拼音文字并置为成熟的人类文字仅有的2个逻辑类型,指出相对于拼音文字,汉字是更为彻底的视觉文字,其脑机制应该更注重视觉加工.拼义理论与顶中区N200的发现相互支持,从理论和实验2个方面揭示了中文的独特性,强有力地论证了它与拼音文字的本质区别.     

ZnS:Cu单晶交流电致发光老化机理的研究

ZnS:Cu型交流电致发光亮度随使用时间增加而下降,这是人们早就知道的老化现象,人们为维持亮度作了很多努力,研究了与老化有关的各种现象,提出了几种老化机理模型.60年代,Lehmann提出硫空位造成材料老化的观点,但他后来又否定了自己的观点.80年代,Hirabayashi等人较系统地研究了交流电致发光材料的老化,提出了引起老化的主要因素是材料的粒度、晶体的质量、掺杂的浓度、硫空位的浓度和铜离子的电迁移等.我们在180℃的低温下把表面镀上的铜扩散进ZnS单晶中,去掉表面的铜后,通过加直流电     

论物质系统的结构与功能

在自然界的物质系统中,普遍地存在着结构与功能的矛盾。各门现代自然科学都在探索其研究对象的结构和功能的关系。自然辩证法则要从哲学高度研究各种物质系统中结构与功能的辩证关系,从而找出其普遍性的规律和必然性的内在联系,进而寻求打开自然奥秘的钥匙。人类对物质系统结构与功能认识的发展     

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     

藻菌关系的生态网络研究方法:回顾与展望

藻类与细菌是海洋生态系统中重要的组成部分,两者间复杂的互作行为在维持共生关系、物质代谢以及协同进化中具有重要的生态意义.以往的研究证实了藻菌关系中多样化的表现,包括互利、共生、拮抗以及互害等.然而,由于藻菌关系的复杂性,传统工具无法充分挖掘暗藏在藻菌之间的深度信息.鉴于全球变化对海洋生态系统的影响和微生物组学的发展,藻...     

脑能量代谢研究的回顾与前瞻

不同于植物利用光合作用直接将太阳能转化为生物能,人和动物是通过体内的氧化作用将摄取的糖、脂肪、蛋白质等营养素分解,同时释放、转移和利用其中储存的能量,这一过程称为能量代谢.     

论染色体的结构与功能的统一问题

染色体是在1848年Hofmeister从紫鸭跖草的小孢子母细胞中发现的。四十年以后才由Waldeyer把它定名为染色体。到上世纪末,染色体的研究就已经显得很突出。自1900年孟德尔的工作被再发现和1902年染色体遗传理论创立(Sutton)以后,染色体的研究更是突飞猛进,特别是最近十多年来,自Watson和Crick提出了DNA分子的双螺旋结构模型以后,染色体的研究已由细胞水平进入到分子水平,无论在染色体的结构方面或功能方面都有很大的进展。但是,     

人格与脑内神经化学物质: 一项磁共振氢谱的初步研究

为了探讨人格特征的生理基础, 利用无损伤的磁共振氢谱(proton maganetic resonance spectros-copy, ¹H MRS)技术考察了内、外倾正常个体脑内4种神经化学物质(Cho, mI, α-Glx与NAA)的浓度在前扣带回的差异. 结果发现, 内倾者在前扣带回的3种神经化学物质的水平(Cho, α-Glx与mI)显著高于外倾者. 这一结果给出了前扣带回与人格特质有关的新证据, 并在一定程度上支持了Eysenck关于内倾者的唤醒水平高于外倾者的假设, 同时也为人格的心理生物理论提供了神经化学方面的依据.     

情绪调节策略的使用与转换:认知灵活性的促进作用

认知灵活性缺陷与情绪失调被普遍认为是抑郁、焦虑等心理疾病的典型特征.尽管认知灵活性被认为在情绪调节过程中发挥着重要作用,但认知灵活性对情绪调节不同方面的贡献如何及其影响机制迄今尚不清楚.因此,本文将结合现有理论与实证研究系统阐述认知灵活性对情绪调节的促进作用,并从情绪调节倾向性、有效性、灵活性及适应性4个方面重点分析其...     

神经法学:年轻的认知神经科学与古老的法学联姻

神经法学是新兴的交叉学科,它是用认知神经科学方法研究与法律有关心理与行为的神经机制,并探讨法律系统如何应对认知神经科学发展所带来的问题,主要包括:(1)如何检验当事人或证人是否说谎和是否存在错误记忆等;(2)探讨认知神经科学成果对刑事司法实践和刑事责任理论可能构成的影响;(3)对某些特殊个体未来行为的危险性作出预测,以便辅助司法实践;(4)认知操控药物与技术应用的法律管制问题.本文从上述4个方面对神经法学进行了详细介绍.神经法学的研究不仅加深了对法律行为背后心理和神经机制的理解,也对司法实践产生影响.但刚刚诞生的神经法学目前需处理好研究的中国化等问题.