基于大脑网络的动力学及其噪声效应

发布时间：2021-06-14 12:20

　　随着神经科学技术的发展,我们获得了越来越多的关于大脑的数据。但是如何从这些数据中获得有用信息,帮助我们理解大脑工作的机制和原理,一直是十分重要的研究课题。本论文主要从真实的神经数据出发,一方面通过扩散张量影像,构建出大脑皮层的结构网络,研究了不同被试的大脑网络结构以及其上神经活动的差别、它们和被试认知能力之间的关系,以及噪声在大脑正常功能中的作用;另一方面使用鼠类海马区的局域场电位信号,从中提取了各种时空斑图特征,研究了它们的神经表征、解码算法和潜在应用。通过这些研究,试图从网络结构、神经活动模拟和神经表征解码三个方面,帮助我们理解大脑中记忆、学习和认知背后可能的机制。本文的工作和取得的主要成果如下:1.研究了大脑皮层网络的结构和被试的认知能力（或者智商,IntelligenceQuotient,简称IQ）之间的关系,结果发现,人脑皮层网络的结构是在效率和能耗之间平衡的结果,这种在效率和能耗之间平衡的倾向性和被试的IQ有着一定的关联,并且男女群体有着显著的差别。2.研究了网络结构和噪声对大脑上皮层神经活动的影响,结果发现,网络结构限制了不同脑区神经活动激发的次序,而噪声则为神经活动模式... 

【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：178 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

人类大脑中神经细胞和非神经细胞的数量分布，图片引自[8]

14第二章神经科学基础和计算模型方法和结构。下面我们重点来看下大脑的结构。大脑由两个相互对称的半球组成，图2.6(b)展示了从中间切面看到的大脑各个区域的结构。其中主要组成有[9]：大脑皮层(cerebralcortex)：中枢神经系统中最大的神经整合部位。它在注意力、知觉、思维、记忆、语言和意识等高级认知活动中起着关键作用。胼胝体(corpuscallosum)：大脑的一个重要白质带，含有大量神经纤维，用以连接左右两个大脑半球，是左右半脑信息传递的重要途径。海马体(hippocampus)：大脑中重要的信息处理区域，在从短期记忆到长期记忆的信息巩固中发挥着重要作用，同时也是大脑进行空间定位和导航的重要组成部分。此外大脑还包含丘脑(Thalamus)、下丘脑（Hypothalamus）、杏仁核（Amygdala）等其它区域，在人体生理功能调节、信息传递、情绪和记忆等功能中有着重要的作用。图2.7:大脑皮层的结构，图片引自[52]。大脑皮层处于大脑的最外层，大部分神经元的胞体和树突都分布在平均厚度约为2.5mm(1～4.5mm)的薄层中[53]，在T1w-MRI影像中呈现灰色，又称为灰质(graymatter)。皮层之下的大部分区域称之为白质(whitematter)，主要由远距离神经元之间连接的轴突鞘纤维束组成，在T1w-MRI影像中呈现浅色。大脑皮层最重要的一个特征就是折叠特性，表面形成了复杂的脑回(gyri)和脑

华东师范大学博士学位论文 15沟(sulci)。通过这种折叠方式极大的增加了大脑皮层的表面积，在相同体积的情况下，可以增加皮层面积，形成更多功能分区，处理更多不同的信息[54]。这样的折叠特性在减少大脑能量消耗和提高信息处理能力方面有着重要的意义。此外这些脑沟回也将大脑皮层分成了在结构和功能上不同的各个子区。


本文编号：3229818