基於認知的實時功能磁共振成像的理論與關鍵技術

《基於認知的實時功能磁共振成像的理論與關鍵技術》是依託北京師範大學，由姚力擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：基於認知的實時功能磁共振成像的理論與關鍵技術
• 依託單位：北京師範大學
• 項目負責人：姚力
• 項目類別：重點項目

項目摘要

實時功能磁共振成像（RT-fMRI）是通過對功能磁共振成像數據的線上處理，實時的觀察和定量的刻畫人腦活動狀態；並通過適當的神經反饋方式，要求被試主動控制特定腦區激活模式，從而對特定認知功能進行有效調節。近年來，RT-fMRI已經在解讀人的心智、認知神經科學研究和臨床治療等領域得到初步套用，但隨著研究與套用的深入，一些關鍵的科學技術問題亟待解決。本項目將主要從下面三個方面開展研究：①基於RT-fMRI的數據實時處理和分析以及系統平台建設；②基於RT-fMRI的大腦激活模式的特徵刻畫和分類；③基於RT-fMRI的數學認知與學習訓練。本項目的研究將解決RT-fMRI系統在認知神經科學研究和臨床治療中所涉及的相關關鍵科學技術問題；從神經反饋的角度，在理論上更深層次的揭示人腦高級認知功能的神經機制。

結題摘要

實時功能磁共振成像（rt-fMRI）是通過對功能磁共振成像數據的線上處理，實時的觀察和定量的刻畫人腦活動狀態；並通過適當的神經反饋方式，要求被試主動控制特定腦區激活模式，從而對特定認知功能進行有效調節。近年來，rt-fMRI已經在解讀人的心智、認知神經科學研究和臨床治療等領域得到初步套用，但隨著研究與套用的深入，一些關鍵的科學技術問題亟待解決。北京師範大學姚力教授領導的課題組，在國家自然科學基金重點項目“基於認知的實時功能磁共振成像的理論與關鍵技術”的資助下，開展了深入的研究工作，取得如下主要成果： 1. 構建了一套完整的rt-fMRI系統，包括硬體系統的搭建和軟體平台的集成與開發，獲國家發明專利授權1項； 2. 對離線fMRI數據的功能定位和功能連線分析方法進行改進和套用，提出了一系列改進算法，實現了算法的移植與實時實現； 3. 針對EEG和fMRI兩種模態，對激活模式的特徵提取方法和分類方法進行改善與套用，完成四類以上圖片視覺刺激任務的實驗設計與分類（這是心智解讀的初步工作），實現了基於fMRI數據的視覺信息重構； 4. 針對較低級的感知覺功能——運動技能和高級認知功能——工作記憶和數學學習，完成了基於rt-fMRI的神經反饋訓練的實驗設計與數據分析，並嘗試在運動功能的臨床康復中套用；在此基礎上初步完成了默認網路的反饋調節實驗。 上述研究成果系統地給出了實時功能磁共振技術的算法理論研究和實際套用，從神經反饋的角度，在理論上更深層次的揭示人腦高級認知功能的神經機制。本項目實施過程中，在IEEE Transactions等國際期刊和本領域重要的國際會議上發表論文68篇，其中在國際期刊發表SCI檢索論文35篇，EI檢索論文33篇；待出版專著“實時功能磁共振成像技術與套用”一部；授權國家發明專利5項；培養研究生19名；應邀在國際會議上做口頭報告22人次；舉辦“實時功能磁共振成像”國際會議1次。通過積極參領域內主流國際會議、舉辦國際會議、與國外學術機構互訪等方式，展開深入的國際學術交流與合作。