麻醉状态下脑活动的无尺度属性：一项探索性的功能磁共振研究

摘要

大脑活动的无尺度属性是近年来神经科学研究领域的一个热点。无尺度属性可通过时间序列的自相似性来体现，例如时间结构的长程相关性(long-range temporal correlations(LRTCs))。以往研究发现，自发脑活动的时间结构具有长程相关性，并且其长程相关的程度与该区域脑活动的时间变异性的大小存在相关性。然而，这种相关性的生理意义目前仍未知。另一方面，意识水平是否对这种相关性具有影响，尚待研究。本研究通过使用功能磁共振技术（fMRI），研究了在麻醉和清醒状态下，功能磁共振信号的长程相关性，以及其与信号的变异性之间的关系，并探究了这种长程相关性对于意识水平的影响。我们的数据表明：相对于清醒状态，麻醉状态下的脑活动长程相关性（通过幂率指数测得(Power-law exponent-PLE)）和变异性（通过标准差(SD)测得）都显著降低。此外，在麻醉状态下，PLE和SD之间的相关性也消失了，而这种相关性在清醒状态下是显著的。最后，我们采用逻辑回归(LR)和受试者工作特征曲线(ROC)，发现在判断被试的意识状态上，逻辑回归和ROC的结合能提供高于90％的判断准确率。综上所述，我们的研究第一次发现了在麻醉状态下的长程相关性的改变，以及其和变异性的失耦合。通过这个探索性的研究，我们认为自发脑活动的时间结构，如其长程相关性，以及其与时程的变异性的相关，可能对于大脑维持有意识的状态，具有一定的作用。

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1 绪论

1.1 功能磁共振研究简介

1.2意识的神经科学简介

1.3无尺度现象的研究现状

2 问题的提出

3 实验方法和流程

3.1被试

3.2麻醉和清醒被试组流程

3.3功能磁共振数据采集

3.4磁共振数据预处理

3.5感兴趣区的定义

3.6幂律指数的计算

3.7BOLD信号的标准差(SD)计算

3.8逻辑回归(LR)和受试者工作特征曲线(ROC)分析

3.9弃一法测试

3.10 统计分析

4 结果

4.1麻醉状态下PLE和SD全局降低

4.2PLE和SD的相关分析

4.3使用PLE和SD来鉴别被试的临床上的意识状态

5 讨论

5.1脑活动的长程相关性和意识程度之间的关系

5.2长程相关性和时间变异性

5.3方法学议题

6 结论

参考文献

个人简历以及在校期间成果