大脑前额叶扣带回皮层调制丘脑触觉信息的途径研究

大脑前额叶扣带回皮层是一个与感觉功能密切相关的脑区,它能够对丘脑触觉反应进行调制.实验在10只戊巴比妥钠（1%）麻醉的SD雄性大鼠上进行,采用辣根过氧化物酶（horseradish peroxidase,HRP）逆行标记的方法,对扣带皮层前部调制丘脑腹侧基底核（ventrobasal,VB）感觉信息的途径进行了研究.实验结果显示,VB核可以接受扣带皮层后部的投射,而且扣带皮层前部有纤维投射到扣带皮层后部.由此提示了前扣带皮层对丘脑腹侧基底核神经元触觉信息调制的可能神经环路是：扣带皮层前部-扣带皮层后部-丘脑腹侧基底核.     

利用多模态光学脑成像研究前额叶静息态功能连接

多模态光学脑成像包括近红外光谱及漫射相关谱,前者探测大脑皮层的血氧代谢水平,而后者测量皮层的脑血流.皮层血氧代谢和血流是不同的两类血液动力学参量,可以从不同方面反映大脑的神经活动强度. 本研究利用多模态光学脑成像测量了人脑前额叶的静息态功能连接. 10个正常成年人参加了实验测量,分别用近红外光谱和漫射相关谱在前额叶的相同位置记录了大脑8分钟的自发波动信号,测量覆盖区域包括左侧额下皮层及左背外侧前额叶. 低频段血氧代谢信号（包括含氧血红蛋白、脱氧血红蛋白及总血红蛋白浓度）用来揭示基于血氧信号的静息态功能连接,而相同频段的脑血流信号用来确定基于脑血流的静息态功能连接. 两类血液动力学参量的静息态功能连接均揭示:背外侧前额叶区域内的连接大于背外侧前额叶与额下皮层之间的区域间连接,显示相邻的背外侧前额叶和额下皮层是不同的功能区域. 此外定量比较基于两类血液动力学参量的功能连接发现,基于血氧代谢的连接有更大的连接强度,表明在同一个功能区内,静息时血氧代谢信号的时间同步性更高.     

前额叶皮层和纹状体间功能性连接的量化分析

奖励预测对于大脑的学习记忆、行为决策等高级认知功能具有至关重要的意义。前额叶皮层(Prefrontal Cortex,PFC)和纹状体(Striatum)是大脑中的两个重要脑区,以往的研究发现,前额叶皮层和纹状体中的神经元都参与了对奖励信息的编码,然而,对于这两个脑区之间信息交流、相互影响的具体方式仍然不够明确。为了研究这一问题,在对猴子进行非对称奖励预测实验的过程中,用多通道电极同时记录了其前额叶皮层和纹状体两个部位的局域场电位(Local Field Potentials, LFP)信号。通过计算非线性相互依赖性(Nonlinear Interdependence,NLI)来量化分析前额叶皮层和纹状体之间功能性连接的强度。结果显示,在β频段(15～30 Hz),小水奖励条件下前额叶皮层和纹状体间的功能性连接强度显著高于大水奖励条件下的结果,同时,前额叶皮层和纹状体间不同方向的连接强度也有显著差别。实验结果表明,前额叶皮层中LFP的β频段可能与纹状体神经元的活动有关,并在一定程度上调节猴子在奖励预测过程中的行为。     

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。     

考虑性别因素的驾驶人疲劳状态HRV非线性特征

通过心率变异性(HRV)的非线性特征,研究了疲劳对驾驶人自主神经系统(ANS)的影响.招募被试进行模拟驾驶实验,记录实验过程中的心电信号.通过Poincaré散点图、近似熵和样本熵等非线性方法,提取13个HRV特征.分析所有被试不同精神状态HRV特征的差异,研究特定性别的被试从清醒状态到疲劳状态HRV特征的变化,分别比较清醒和疲劳状态HRV特征的性别差异.对所有被试,5个特征在疲劳状态显著(Mann-Whitney U检验,p0.01)上升;男性2个特征在疲劳状态显著上升;女性3个特征在疲劳状态显著上升.清醒状态仅有1个特征在男性与女性之间存在显著性差异,而疲劳状态有5个特征存在显著性差异.驾驶人在疲劳状态ANS的变异性和/或复杂度增加,并且存在性别差异.与清醒状态相比,男性与女性ANS的变异性和/或复杂度在疲劳状态存在更多差异.     

哈尼族与拉祜族成人的Heath-Carter法体型研究

采用Heath-Carter法对云南省普洱市的哈尼族和拉祜族的体型特征进行研究.采用随机抽样法测量417例哈尼族成人(男性149例,女性268例)和488例拉祜族成人(男性239例,女性249例)的10项体型指标,分别计算了2个族群男性和女性的内、中、外因子值.结果显示:哈尼族男性(4.1-5.5-1.8)和拉祜族男性(3.2-5.7-1.9)均属于偏内胚层的中胚层体型,哈尼族女性(6.3-4.7-1.3)属于偏中胚层的内胚层体型,拉祜族女性(5.1-5.2-1.5)属于内胚层-中胚层均衡体型;2个族群比较,哈尼族成人更肥胖,而拉祜族成人的骨骼和肌肉更发达;相关分析显示,哈尼族和拉祜族男、女性的中因子值与年龄的相关性都不具有统计学意义(P 0.05),2个族群男性的外因子值都与年龄呈正相关(0.01 P 0.05或P 0.01),2个族群女性的内因子值都与年龄呈显著负相关(P 0.01);与国内其他11个族群比较,发现哈尼族、拉祜族、基诺族、布朗族这4个族群的体型较为接近.     

语言康复训练对丘脑出血引发的皮层下失语的影响

目的研究语言康复训练对丘脑出血引发的皮层下失语的作用.方法对5例丘脑出血引发皮层下失语患者给予语言康复训练.结果对照组在人院30d后评分达Ⅲ级1人,11级2人,Ⅰ级2人,1例未改善;康复组在人院30d后评分达V级3人,Ⅳ级1人,Ⅲ级1人.结论早期必要的康复训练可以使皮层下失语得到改善,甚至可以痊愈.     

基于Heath-Carter法对海南黎族成人体型的研究

采用Heath-Carter体型法对海南省五指山市黎族的体型特征进行研究,采用随机抽样法测量607例黎族成人(男性308例,女性299例)的10项体型指标,分别计算了黎族男性和女性的外、中、内三因子值、体型位置均数、身高体重比值.结果显示,黎族男性的平均体型值为3.2-5.3-2.3,属于偏内胚层的中胚层体型;女性平均体型值为5.2-5.0-1.7,属于内胚层-中胚层均衡体型.黎族男性身体的肌肉、骨骼均较为发达;女性身体的肌肉和骨骼不如男性发达,但皮下脂肪比男性发达,体态也更加丰满,女性的身高体重比值小于男性的数值,体型位置均数大于男性的数值.黎族男性和女性的内因子和中因子值均随着年龄增长先增加,到了老年又下降;外因子值则始终随着年龄增长呈下降趋势.女性各年龄组的内因子值均高于同年龄组的男性数值,中因子和外因子值均低于同年龄组男性的数值.比较黎族与国内14个南方族群的体型特征,结果证实黎族体型与海南临高人最为接近,与海南汉族也较为接近.     

皮质-基底神经节-丘脑回路中皮质活动的动力学分析

皮质中神经元的活动与帕金森病症状密切相关。基于多巴胺调控皮质-基底神经节-丘脑回路的模型,探讨了多巴胺含量和皮质与丘脑底核间的神经元连接权重对皮质神经元活动的影响。首先,在一定的皮质与丘脑底核神经元连接权重下,做了多巴胺含量和皮质神经元活动的余维一分岔图。其次,为了更加清晰地观察这两个参数对皮质活动的影响,给出了相应的余维二分岔图,其中的分岔曲线将参数区域分为六部分,每部分的动力学由相图和时间历程图说明。文中的结果对理解皮质-基底神经节-丘脑回路中皮质神经元的活动有一定的帮助。     

背包问题的动态规划改进算法

在动态规划算法的基础上提出了改进算法,对于0-1背包问题,改进了动态规划算法的状态表示以减少需要计算的状态个数来求解该问题;对于完全背包问题,简化了动态规划算法状态的决策依赖关系来求解该问题.实验结果表明:所提出的改进算法在时空效率上具有一定的有效性和优越性.     

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。     

Wiring specificity in the direction-selectivity circuit of the retina

The proper connectivity between neurons is essential for the implementation of the algorithms used in neural computations, such as the detection of directed motion by the retina. The analysis of neuronal connectivity is possible with electron microscopy, but technological limitations have impeded the acquisition of high-resolution data on a large enough scale. Here we show, using serial block-face electron microscopy and two-photon calcium imaging, that the dendrites of mouse starburst amacrine cells make highly specific synapses with direction-selective ganglion cells depending on the ganglion cell's preferred direction. Our findings indicate that a structural (wiring) asymmetry contributes to the computation of direction selectivity. The nature of this asymmetry supports some models of direction selectivity and rules out others. It also puts constraints on the developmental mechanisms behind the formation of synaptic connections. Our study demonstrates how otherwise intractable neurobiological questions can be addressed by combining functional imaging with the analysis of neuronal connectivity using large-scale electron microscopy.     

脑疲劳状态下脑功能网络研究与分析

旨在研究连续长时间脑力活动引发的脑疲劳对大脑连接性的影响,探索大脑疲劳评价的客观指标.通过持续认知任务实验诱发脑疲劳,选用互相关方法对采集到的脑电信号进行了不同导联间时域关联特性分析,构建并比较分析了正常态和脑疲劳态的脑功能网络.最后基于复杂网络理论对脑功能网络的特征参数进行了统计分析.结果表明,持续认知任务后,主观感觉疲劳程度显著增加,脑功能网络的平均度、平均聚类系数和网络密度与正常态相比均显著降低,而平均路径长度显著增大.脑功能网络参数可以很好地反映脑疲劳后大脑的连接性变化情况.     

Functional specificity of local synaptic connections in neocortical networks

Neuronal connectivity is fundamental to information processing in the brain. Therefore, understanding the mechanisms of sensory processing requires uncovering how connection patterns between neurons relate to their function. On a coarse scale, long-range projections can preferentially link cortical regions with similar responses to sensory stimuli. But on the local scale, where dendrites and axons overlap substantially, the functional specificity of connections remains unknown. Here we determine synaptic connectivity between nearby layer 2/3 pyramidal neurons in vitro, the response properties of which were first characterized in mouse visual cortex in vivo. We found that connection probability was related to the similarity of visually driven neuronal activity. Neurons with the same preference for oriented stimuli connected at twice the rate of neurons with orthogonal orientation preferences. Neurons responding similarly to naturalistic stimuli formed connections at much higher rates than those with uncorrelated responses. Bidirectional synaptic connections were found more frequently between neuronal pairs with strongly correlated visual responses. Our results reveal the degree of functional specificity of local synaptic connections in the visual cortex, and point to the existence of fine-scale subnetworks dedicated to processing related sensory information.     

基于互信息的帕金森病脑皮层功能连接

帕金森病的早期症状是很难察觉的,目前还没有一个明确的生物标志物可以准确地检测出早期的帕金森病。本文为了探究帕金森病的潜在生物标志物,分析15名帕金森病患者和15名健康对照者闭眼状态下的溯源后的脑电信号。首先,使用互信息测量两组受试者的大脑各个区域之间的功能连接。之后,对两组受试者之间的每个连接对的互信息值进行独立样本t检验,检测两组受试者之间显著差异的连接边。最后,将具有显著差异的连接边作为特征进行分类。结果表明,帕金森病患者的大脑各个区域之间的互信息值整体小于健康对照组,并发现在额顶叶和顶枕叶之间的功能连接差异十分显著（p<0.01）。利用互信息功能连接指标对帕金森病患者和健康对照组分类时,测试准确率为76.7%,验证了基于互信息的脑功能连接对帕金森病研究的有效性。这些发现表明额顶叶和顶枕叶之间功能连接性的降低可能是帕金森病的一个潜在生物标志物。本文系首次使用互信息这一功能连接指标对帕金森病进行研究,这为帕金森病的神经机制研究提供了一个新的途径。     

半刚性端板连接多层钢框架的Push-over分析

由于缺乏计算理论和方法,大多数半刚性节点按刚性节点进行设计,对结构的静力分析、抗震性能等各方面的设计计算的影响很大.本文采用有限元分析方法,将半刚性连接节点视为弹簧单元,通过通用有限元软件Sap2000对一个半刚性端板连接的多层钢框架建立有限元模型并进行了模态分析、反应谱分析和Push-over(静力弹塑性)分析.结果表明,采用了半刚性端板连接的钢框架结构,相对于理想刚接的情况,结构在多遇和罕遇地震作用下结构的抗震性能明显变化.     

数据库连接池技术及其应用研究

在基于JDBC的数据库应用开发中,数据库连接的管理是决定该应用性能的一个重要因素．在对数据库连接进行分析的基础上,提出了一种合理、有效的数据库连接池的设计与实现方案．实际运行的结果表明,它能大大改善系统响应时间,降低系统资源的开销,从而提升系统整体性能,满足大型应用的需要．     

心智影像中功能联接对设计认知过程的影响

根据语义网络理论,提出心智影像中的功能联接对设计时间、设计质量、设计结果的创新性影响关系的3个理论假设,采用原案分析法对14名机械专业研究生进行可调座椅概念设计认知实验,以验证该假设的正确性,并采用Mann Whitney非参数检验法进行统计分析.结果表明,心智影像中知识单元之间的功能联接越多,则设计时间越短,设计质量越高,设计结果越具有创新性,即假设都成立.     

基于交替条件期望的油藏井间连通性定量表征

及时准确地进行油藏井间动态连通性研究是油藏动态评价的重要组成部分,对于油田开发和管理具有重要意义。利用基于交替条件期望算法的非参数回归方法对注水量和产液量动态数据作最佳变换;并在此基础上利用特征参数建立油藏井间动态连通性定量表征指标。提出了一种新的油藏井间动态连通性分析方法;该方法计算简便,便于快速确定井间动态连通性。典型油藏模型验证了该方法的可行性。矿场应用表明,该方法能够方便准确地识别油藏井间动态连通性,指导矿场开发调整措施的制定。     

Relationship between topology and functions in metabolic network evolution

What is the relationship between the topological connections among enzymes and their functions during metabolic network evolution? Does this relationship show similarity among closely related organisms? Here we investigated the relationship between enzyme connectivity and functions in metabolic networks of chloroplast and its endosymbiotic ancestor, cyanobacteria (Synechococcus sp. WH8102). Also several other species, including E. coli, Arabidopsis thaliana and Cyanidioschyzon merolae, were used for the comparison. We found that the average connectivity among different functional pathways and enzyme classifications (EC) was different in all the species examined. However, the average connectivity of enzymes in the same functional classification was quite similar between chloroplast and one representative of cyanobacteria, syw. In addition, the enzymes in the highly conserved modules between chloroplast and syw, such as amino acid metabolism, were highly connected compared with other modules. We also discovered that the isozymes of chloroplast and syw often had higher connectivity, corresponded to primary metabolism and also existed in conserved module. In conclusion, despite the drastic re-organization of metabolism in chloroplast during endosymbiosis, the relationship between network topology and functions is very similar between chloroplast and its precursor cyanobacteria, which demonstrates that the relationship may be used as an indicator of the closeness in evolution.