大脑中负激活与默认活动网络的探索

摘要

目前，功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)作为一种成熟的功能成像技术已经被广泛的应用于认知研究中。之前的脑功能研究主要集中在与任务相关的激活区域上，直到近来对负激活区域的研究才逐渐成为热点。fMRI研究中的脑激活现象反映了特定任务下相关脑区的神经元活动增强，以及与之密切相关的局部脑血流增加和血氧水平变化，但与脑激活相对的负激活的生理机制目前还不很清楚。 本文把复杂网络理论应用到脑科学领域，构建了一个基于功能磁共振成像数据的脑功能负激活网络，并对其进行了探讨。本文共分四部分内容，介绍如下： 1、对脑科学基础进行了较为全面的介绍；初步讨论了功能成像技术及脑功能数据处理的主要方法。 2、详细介绍了大脑中的负激活概念、生理机制及其与脑的默认活动网络之间的关系，重点阐述了有关脑默认活动网络的研究背景及其意义。另外，对复杂网络理论以及复杂网络在各领域中的应用作了较为全面的综述。 3、讨论了符号方向判别实验中的负激活现象，引入复杂网络，提取负激活体素点信息构建负激活网络。分析了网络特性，并在一定程度上解释了大脑在信息传输过程中为何高速、有效。 4、通过对度值和介数值的计算，不仅从局域的角度阐述了网络中某个体与其他个体之间的相互作用，而且还从整体的角度研究了个体在系统中的作用。统计网络中度值和介数值前十大点所在的脑区，初步推测出符号方向判别任务中负激活的关键性区域。最后，又通过对另外两个实验进行计算，结果发现这些区域具有任务无关性。结合负激活与静息态下脑网络的关系，从而，推测出人脑默认活动网络的关键性区域。

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引 言

1脑和功能成像技术

1.1脑结构与功能概述

1.2功能成像技术

1.2.1正电子断层扫描技术（Positron Emission Tomography,PET）

1.2.2功能磁共振成像(functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI)

2功能磁共振数据处理

2.1基于SPM系统的fMRI脑数据的预处理

2.2 MRIcro软件的应用

2.2.1数据预处理

2.2.2实验及处理结果

2.3基于时间的簇分析方法

2.3.1数据预处理

2.3.2时间簇分析方法

2.3.3实验及结果

3复杂网络理论及应用

3.1复杂网络基本理论

3.1.1复杂网络统计学性质

3.1.2复杂网络基本模型

3.2复杂网络在脑科学中的应用

4负激活与人脑默认活动网络的理论探索

4.1脑激活与负激活

4.1.1负激活的血液动力学

4.1.2负激活的生理本质

4.2人脑的默认脑活动网络

4.2.1脑默认活动网络的生理学基础与存在证据

4.2.2脑默认活动网络的特点

5负激活与人脑默认状态的网络研究

5.1fMRI数据的网络分析方法

5.2大脑负激活网络的建立

5.2.1实验设计及fMRI数据获取

5.2.2数据初步分析

5.2.3网络建立

5.3网络统计特性

5.4静息状态大脑活动的关键区域

5.4.1网络节点度值和介数值统计

5.4.2另外两个实验

5.5结果和讨论

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢