健康人工作记忆脑电theta网络因果流研究

目的计算健康受试者工作记忆脑电(electroencephalogram,EEG)网络的因果流,为研究工作记忆大脑信息传递机制提供支持。方法实验数据为18名健康受试者在300次视觉工作记忆的32通道EEGs。应用快速傅里叶变换计算工作记忆时EEGs在各个频段的能量密度,选取能量密度最大的频段为工作记忆的特征频段。计算EEGs特征频段分量之间的因果连接强度DTF,构建因果网络,在计算网络每个节点的DTF加权因果流的基础上,计算额叶、顶叶、颞叶和枕叶4个脑区的(节点)平均因果流,研究工作记忆脑区之间的信息传递特征。结果工作记忆EEGs在theta频段的能量密度最大(911±15μV~2/Hz)。额叶、顶叶、颞叶和枕叶脑区的平均因果流:额叶为0.0033±0.0002,顶叶为0.0005±0.0003,枕叶为-0.0022±0.0004,颞叶为-0.0051±0.0003。结论 theta频段是工作记忆EEGs的特征频段。工作记忆EEGs的theta网络因果源在额叶,因果汇在颞叶和枕叶,提示工作记忆各个脑区的信息传递是从额叶流到颞叶和枕叶。     

轻度认知功能障碍人群工作记忆脑电theta网络缺损模式研究

目的通过分析对比轻度认知功能障碍(mild cognitive impairment,MCI)患者和正常老年人工作记忆脑电的能量密度和网络连接特性,研究MCI工作记忆脑电theta网络缺损模式。方法在视觉工作记忆任务中,对15位MCI患者和15位正常人的34通道脑电数据进行theta振荡,观察行为学特征,利用时频分析计算能量密度,利用频域Granger因果分析网络功能连接。结果 MCI组的工作记忆脑电theta频段平均能量密度为((0.305±0.033)μV2/Hz),显著小于正常对照组((0.468±0.103)μV2/Hz),P0.001)。MCI组的工作记忆脑电theta网络平均连接强度(0.0096±0.0007)显著小于正常对照组(0.0123±0.0006,P0.001)。结论 MCI患者在工作记忆theta频段的活动减弱,theta网络连接下降。     

左侧额下回与辅助运动区在词语联想任务中的效应连接分析

目的 采用动态因果模型(dynamic causal model,DCM)研究左侧额下回与辅助运动区(supplementary motor area,SMA)在执行词语联想任务时的效应连接方式.方法 采用GE 1.5T Twin speed磁共振扫描仪对18例(男9例,女9例)健康被试者行功能磁共振扫描,实验内容为组块设计的词语联想任务.采用SPM8软件进行数据处理,根据激活结果分别选取每一被试者的左侧额下回和SMA,提取2个脑区的时间序列,然后在SPM8的DCM模块中进行建模和评估,最后对入组的所有被试者进行组水平的贝叶斯模型选择,并计算相应的统计学参数.结果 18例中有1例因激活体积太小被排除,入组共17例(男8例,女9例).经贝叶斯模型选择后得到最优模型,即SMA对左侧额下回有正的有效连接,而左侧额下回对SMA有负的有效连接,任务对SMA是正性作用,而对左侧额下回到SMA的连接为负性调制.结论 在执行词语联想任务时SMA主要通过与左侧额下回之间的正向效应连接发挥始动作用,而左侧额下回对SMA有负反馈作用,但这一作用受到任务的负性调制.     

针刺足三里穴后续效应的动态脑功能网络研究

目的：对针刺足三里穴后多个时间点的脑功能网络动态变化特点进行初步研究。方法：选择18例健康志愿者，分别针刺足三里穴及假穴，针刺采取标准化操作，真、假穴位的针刺深度、刺激方式、刺激程序均相同。采集针刺前及针刺后10、25、45、60 min的fMRI数据。每次fMRI扫描持续6 min，将扫描所获fMRI数据构建成大脑功能网络，计算脑网络的核心脑区，计算其富人俱乐部属性和全脑效率属性、局部效率属性。结果：针刺穴位前，健康受试者的大脑功能网络核心脑区主要分布于脑默认网络、视觉相关皮层、感觉运动皮层和小脑半球。针刺后4个时间点健康受试者的脑功能网络核心脑区仍主要位于上述区域，其中双侧舌回、楔前叶、颞中回及颞上回、右侧距状回、左侧枕中回等脑区与针刺前相同；针刺后60 min的核心脑区分布与针刺前相似，而针刺后10、25、45 min的多个核心脑区与针刺前不同。与针刺前相比，针刺后45 min时健康受试者的大脑核心脑区构成的脑网络富人俱乐部属性和全脑效率属性均显著增加（均P<0.05）。上述改变在针刺假穴组均未发现。结论：针刺足三里穴后健康受试者的脑功能网络属性存在动态变化，其中针刺后45 min的脑网络变化最显著。     

基于动态因果模型研究小脑在癫痫发作间期痫样放电中的作用

目的 采用脑电功能磁共振同步联合成像(electroencephalogram-functional MRI,EEG-fMRI)方法,观察癫痫发作间期痫样放电时脑活动情况,探讨小脑在痫样放电中的作用及神经机制.资料与方法 10例复杂部分性发作癫痫患者,行EEG-fMRI,以发作间期痫样放电的相关设计模式对功能磁共振成像(fMRI)数据进行分析,对比观察痫样放电引起的大脑皮层及小脑活动情况,采用动态因果模型(dynamic causal modelling,DCM),观察两者之间功能连接和因果关系.结果 发作间期痫样放电时,在大脑皮层广泛激活的基础上,小脑半球的代谢活动也明显增强,其中8例小脑的最大激活点位于小脑半球皮层,2例位于小脑蚓部.皮层与小脑之间存在可靠的双向功能连接.结论 发作间期痫样放电时,大脑皮层中的癫痫灶通过皮层下的神经核团与小脑之间形成往返神经环路;小脑在癫痫的发放和传播中起重要的调节作用.     

肝硬化患者工作记忆任务的fMRI研究

目的：通过n-back语义工作记忆任务的功能磁共振成像（~MRI）技术探讨肝硬化患者语义工作记忆损伤的神经病理学机制。方法：对10例轻微肝性脑病（MHE组）、14例单纯肝硬化（non-HE组）患者及16例正常对照者（对照组）行n-back语义工作记忆任务的fMRI研究。n-back实验采用组块设计,对照状态为0-back,任务状态为1-back和2-back。采用基于MATLAB的SPM8软件对数据进行处理分析。采用单样本t检验分析三组受试者在两种任务状态下的大脑激活情况,采用单因素方差分析观察三组受试者两种任务状态（1和2-back）下脑区激活的差异,采用Pearson相关分析行工作记忆任务脑激活区与任务执行正确率及反应时间之间的相关性。结果：在n-back任务中,三组受试者均表现为额顶叶脑网络的激活,包括双侧前额叶、双侧顶叶、双侧前运动区以及辅助运动区。在1-back任务下,non-HE组及MHE组主要表现为工作记忆部分脑区激活的增加;在2-back任务下,non-HE组及MHE组表现为工作记忆相关脑区激活的减低。肝硬化患者左侧额中回激活与2-back任务执行正确率密切相关。结论：肝硬化患者存在语义工作记忆相关脑区的损害。1-back任务时主要表现为脑区的代偿,但MHE较单纯肝硬化代偿能力减低;2-back任务难度超出代偿限度,主要表现为激活下降,且MHE较单纯肝硬化损伤更明显。     

心算任务复杂度对脑电theta,alpha和beta波的影响

目的以1Hz为频宽单位比较两种复杂度心算任务下4～30Hz范围的脑电功率谱,分析其与文献中以经典脑电波段划分所得结果的关系。方法14名健康志愿者完成两种复杂度的心算任务,同步采集其脑电数据。对前额和顶叶区域内10个代表性通道预处理后的脑电数据采用Welch算法实现谱估计,相对基线期做归一化处理,获得两种复杂度心算任务下的相对功率谱密度,并逐一配对t检验每1Hz频宽单位内功率谱差异的显著性。结果前额和顶叶区域能体现心算任务复杂度差异的脑电信号精细频率范围分别为10～25Hz和9～25Hz(P0.05)。结论较高频段alpha波和较低频段beta波能较好地表征心算任务的复杂度,以1Hz为频宽单位对脑电功率谱的精细区间分析是对基于经典脑电节律划分分析的一种补充。     

Granger因果检验对创伤后应激障碍杏仁核效应连接网络的研究

目的探讨创伤后应激障碍(posttraumatic stress disorder,PTSD)患者杏仁核与全脑其它脑区间效应连接的改变。方法对经历汶川大地震的57例PTSD患者及77例对照行静息状态下的功能磁共振扫描,采用Granger因果(granger causality,GC)检验方法分析双侧杏仁核与全脑其它脑区间影响的因果关系,进行组间比较并计算患者的临床用PTSD诊断量表(clinician-Administered PTSD Scale,CAPS)评分和异常脑区GC平均值的相关性。结果与对照组相比,PTSD患者杏仁核对内侧额回、扣带回、额上回、额下回、颞上回、颞下回和壳核的影响减弱,对海马和海马旁回、楔叶、楔前叶、丘脑的影响增强;而内侧额回、额中回、颞上回、颞中回、岛叶和壳核对杏仁核的影响减弱,楔叶、楔前叶和海马旁回对杏仁核的影响增强。PTSD患者的CAPS评分与杏仁核对颞上回和颞下回,额中回对杏仁核的影响呈负相关;而与杏仁核对楔前叶的影响呈正相关。结论 PTSD患者杏仁核与全脑其它脑区间的效应连接存在广泛异常,且与患者的症状严重程度相关。     

利用fMRI研究衰老对视觉数字工作记忆的影响

目的:利用功能磁共振成像研究衰老对视觉数字工作记忆的影响.材料和方法:8个青年和8个老年人参加了有关正序(正背)和反序记忆(倒背)数字的实验,采用1.5T磁共振记录提取阶段大脑的反应.结果:①反序记忆大于正序记忆的情况出现在青、老年的左侧前额叶、左侧枕叶视皮质.②正序记忆大于反序记忆的情况仅出现在青年组的右侧额下回.③老年人在右侧额下回和右侧颞中回的激活体积明显大于青年人.结论:功能磁共振成像有助于加深对老年认知功能的理解.     

数字记忆广度与数字工作记忆的功能磁共振比较研究

目的比较数字记忆广度与数字工作记忆的脑区激活特点与差异。方法利用Siemens 1.5T MR机对12名右利手志愿者进行7位数数字记忆广度与2位数数字工作记忆实验,实验采用组块设计,2组任务均设相应对照任务,将记忆任务与对照任务比较,数据采用SPM99软件进行分析和脑功能区定位。结果进行2组任务时,志愿者额叶的Brodmann6区、9区和47区,顶叶的7区和40区,扣带回,海马结构,纹状体以及小脑均有激活。进行数字记忆广度测试时,双侧枕叶Brodmann18区、19区的激活尤其显著,无明显的半球优势,双侧颞叶Brodmann37区也有激活,而进行数字工作记忆时,则在额叶的激活最为显著,额叶和顶叶的激活都表现为左侧半球优势。结论脑区在进行不同要求的短时数字记忆任务时所参与的阶段和所起的作用不同,通过fMRI的研究对推断大脑进行数字信息的处理过程有一定的帮助。     

基于HH模型的神经元网络的数值模拟与FPGA实现

目的提出了一种数值模拟结合硬件实现生物神经元网络的方法。方法运用Simulink与Dsp builder软件分别对HH模型神经元组成的神经元链网络、神经元环网络进行建模仿真,进而运用FPGA硬件实现生物神经元网络。结果通过对比,两种软件的仿真结果相同,验证了建模的一致性;再现了神经元链网络的神经元动作电位传导特性,神经元环网络的同步放电特性。FPGA硬件结果与对应的软件仿真结果相同,验证了硬件结果的正确性。结论运用FPGA实现具有生物特性的神经元网络是可行的。