《神經環路功能網路的分析技術》是依託北京大學，由陶樂天擔任負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：神經環路功能網路的分析技術
- 項目負責人：陶樂天
- 依託單位：北京大學
- 項目類別：重大研究計畫
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
神經環路是大腦信息處理與加工的基本單元，也是目前神經科學研究的焦點對象之一。針對神經環路的研究將幫助我們開發神經環路的信息處理與加工的規律和特性，並為神經科學的基礎科研提供理論依據。而記憶是眾多認知功能的基礎，記憶障礙與神經環路的解剖結構和功能異常有關。研究與記憶相關的神經環路的發育、形成、維持、調控和修飾是當前神經科學最關注的熱點之一，是理解大腦認知功能的關鍵，並可能為治療因為神經環路缺陷所導致的疾病提供指示。作為重大研究計畫的培育項目，本課題將針對神經科學實驗（如高密度電極陣列記錄或光學成像）所提供的動態數據，設計高效的數據分析方法，利用非線性動力學系統的方法開展對神經環路數學性質的研究，並研發數據驅動式數學建模工具，為基於現代多模態神經系統數據的研究提供分析和可視化手段，以及對神經環路的特徵與功能研究的技術平台。
結題摘要
神經元是神經系統最小的結構單元，而神經環路是大腦信息處理與加工的基本單元，也是多細胞動物個體與環境應答的生理基礎。動物行為反應了神經系統的運行，即通過模組化的神經環路，時時刻刻與周邊環境進行交流，從而獲得高級認知。多年來，神經生物學領域的共識是：神經環路的動態功能有助於理解大腦認知，所以神經環路研究是目前神經科學的焦點之一。針對模式動物的神經環路研究將幫助我們開發大腦的信息處理、傳遞、加工與儲存的規律和特性，為神經科學的基礎科研提供理論依據，並有可能為神經環路疾病治療方案提供理論指導。本課題致力於建立模式動物神經系統光學成像實驗，提取行為和神經環路的同步動態數據，為認知神經環路的研究提供生物學基礎。 最新的研究顯示在靈長類視覺皮層里，各種感知/認知的環路可以被前饋環路模擬，而前饋的信號是被theta-和gamma-波段振盪的同步性傳輸的；反饋是被beta-波段 (13-30 Hz) 振盪影響的。視覺通道功能上振盪波段的分工表征了視覺環路上功能的層次(hierarchical)結構，尤其是因為前饋和反饋是利用不同波段的信息頻道。雖然有大量的實驗展示振盪和其它協同放電模式在編碼上的作用，神經網路振盪的動力學理論研究幾乎都是在簡單拓撲結構的小型環路里進行的。本項目利用動力系統的核心概念和工具，建立複雜神經網路協同放電模式中相互作用的數學模型，該工作在經典神經信息模型的基礎上，建立了具有脈衝門控的前饋神經環路中信息傳遞的數學模型，發現了在瞬態或振盪環境中，信息精確傳遞的動力學機制，並在模型穩健性分析的基礎上，進一步提出了信號傳遞、處理和調控的理論框架。利用基本框架已經開始研究網路拓撲結構對其動力狀態的調控，開展與神經實驗數據符的模型以及理論分析手段，為揭示大腦情感與記憶信息編碼的研究打下了基礎。
