《基於複雜網路理論的腦功能結構分析和多尺度建模》是依託中國科學技術大學，由蔡世民擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於複雜網路理論的腦功能結構分析和多尺度建模
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：蔡世民
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目擬套用複雜網路理論研究大腦的功能結構，並在此基礎上建立動力學模型模擬腦的功能結構可塑性和神經動力學。具體來說，對大腦功能結構分析主要分為：基於擴散張量成像技術研究認知或病理狀態大腦的結構網路，神經團簇作為節點由神經纖維進行連線，在微觀（或介觀）尺度上研究網路拓撲結構及次級結構特徵；基於腦波和核磁共振成像技術研究認知或病理狀態大腦的功能網路，皮層檢測的電極對或功能區域作為節點由它們之間的相互作用作為連線，在巨觀尺度上研究網路拓撲結構隨時間和空間變化特徵；對比研究認知（或病理）狀態與靜息（或健康）狀態下大腦的功能結構網路的共異性，如小世界特徵、群落結構等。在實證基礎上，結合神經元模型和複雜網路局域同步理論建模，模擬大腦功能從局部到整體的湧現、結構可塑性和神經動力學。本項目基於複雜網路理論對腦科學的研究是一個全新的探索，旨在揭示大腦的內在機制和為臨床診斷提供可能的參考。
結題摘要
本項目套用複雜網路理論研究大腦的功能結構，並在基礎上建立動力學模型模擬腦的功能結構可塑性和神經動力學，本項目是套用複雜網路理論對腦科學研究的一個全新探索，旨在揭示大腦的內在機制和為臨床套用提供可能的參考。目前已完成的研究內容基本涵蓋項目的預期研究目標。具體來說，相關於大腦功能結構分析的研究內容包括：（1）基於多通道EEG腦電信號實證研究認知活動時腦功能網路的拓撲結構特徵及其功能網路與結構網路一致性問題（研究目標2和3）；（2）對比研究由病理態和正常態腦電信號構造的回歸網路，分析其網路特徵的共異性（研究目標3）；（3）基於DTI技術和神經纖維示蹤算法研究人腦在微觀尺度上的結構網路及分析其網路特徵（研究目標1）；（4）研究腦功能網路全局與局部結構在不同認知活動中的共異性和動態演化特徵（研究目標3）；（5）套用基於複雜網路局域同步理論的圖聚類算法檢測大腦功能激活區或對應社團結構（研究目標2）；（6）短暫性發作患者腦默認狀態網路連通性研究（研究目標2和3）。相關於腦功能結構的多尺度建模的研究內容包括：（1）基於低等哺乳動物（如猿猴，貓）的解剖結構網路仿真研究腦神經動力學湧現出可塑性功能網路（研究目標4和5）；（2）基於等級網路和分層同步研究大腦結構網路的可配置模型及大腦功能-結構之間的相互聯繫（研究目標4和5）。相關於複雜網路建模及網路拓撲結構與動力學之間的相互作用關係的研究內容包括：（1）研究複雜網路的匹配模式對同步動力學的影響；（2）研究複雜網路的小世界性和群落結構對導航能力和信息傳輸的影響，進一步研究複雜網路的相關理論在社會經濟系統的套用研究，具體研究內容包括：（1）線上社會網路上人類活動的標度行為研究；（2）複雜網路理論套用於實證分析金融市場網路結構特徵及金融市場建模。 基於上述研究內容取得較好的研究成果，很好的完成項目的預期指標。具體來說，分別從腦功能結構分析和多尺度建模兩部分研究內容獲得的理論成果有效驗證在不同狀態小大腦的拓撲結構和次級結構特徵及其它們的共異性，提出基於複雜等級網路腦和神經元團簇模型的大腦模型。部分理論成果已經發表（或接受），總計學術論文18篇，其中SCI收錄9篇，EI收錄4篇，並多次在國內外學術會議上做口頭報告。項目資助培養的博士後2名，博士生3名，碩士生4名，本科生若干名。
