基于神经影像和机器学习的大脑功能图谱构建方法综述

脑图谱是包括大脑功能探索、神经和认知科学以及临床诊疗在内的脑科学研究的重要工具,其主要通过神经影像数据,利用机器学习方法进行构建,由此产生的分割模式是理解大脑组织和功能的基础,还可用于脑网络节点的定义,并有助于降低神经影像噪声对应用结果的影响。在脑图谱中,相比于结构图谱,功能图谱虽然起步较晚,但其具有更高的功能一致性,已在各类脑功能相关研究中得到了广泛关注和应用。为了揭示功能图谱的发展路径,在调研基于神经影像数据和机器学习所构建的脑功能图谱的种类和方法的基础上,首先将图谱按照皮层和体素、个体和群体以及影像模态等多重属性特征进行分类解读,展示各种图谱的详细信息;然后根据机器学习方法分别综述基于图聚类和基于时间序列聚类的脑图谱构建方法;最后对脑图谱研究领域所面临的挑战和将来可能的研究方向进行展望。

双眼运动控制生理神经回路功能图谱的创建

机器人视觉系统在较恶劣的实际环境中应用时,往往不能平滑稳定地跟踪目标,会出现跟踪视频图像的跳动、跟踪目标的丢失以及图像模糊等。面对存在的问题,视觉专家从图像处理和运动控制的角度对这些视觉技术进行了研究,一定程度上解决了视觉中的基本问题,但专家们尚无本质上的解决方法。文中试图从人眼的生理学解剖学研究角度,通过对运动神经回路的分析,建立双眼球运动控制的生理神经回路及其各个神经环节的功能图谱,为演化出仿生机器人双目运动控制模型提供生理学基础,从而从本质上解决上述问题。

苍白球内侧部毁损术治疗帕金森病最佳靶点概率功能图谱的建立

目的建立苍白球内侧部(Gpi)毁损术治疗帕金森病最佳靶点的概率功能图谱。方法回顾分析帕金森病患者92例,在分析MRI影像学资料、电生理资料和术后帕金森病综合评分(UPDRS)基础上,对毁损电极尖端裸露区进行建模,然后利用Marching Cube算法,通过空间转换将Gpi最有效的毁损靶点转换成概率功能图谱。结果所建立的概率功能图谱清楚地显示了利用Gpi毁损术治疗帕金森病最佳靶点的空间分布。Z值范围在-3.0～-6.3mm之间,最佳功能靶点坐标值为5mm;X值范围在18～23mm之间,最佳功能靶点坐标值为21mm;Y值范围在2-3mm,最佳功能靶点坐标值为2.7mm。结论立体定向手术最佳靶点的概率功能图谱是立体定向功能神经外科有效的辅助工具。

苍白球内侧部毁损术治疗帕金森病概率功能图谱再研究

目的建立改良的苍白球内侧部(Gpi)毁损术治疗帕金森病最佳靶点的概率功能图谱。方法回顾分析92例帕金森病患者MRI影像学资料、电生理资料和术后评分基础上,对毁损电极尖端裸区进行建模,然后利用Marching Cube算法,坐标归一化,通过空间转换构建Gpi毁损靶点概率功能图谱。结果通过坐标归一化所建立的概率功能图谱与之前的图谱比较能够更好显示帕金森病最佳靶点的空间分布。结论改良Gpi概率功能图谱是立体定向功能神经外科有效的辅助工具。

自制功能锻炼图谱在乳腺癌术后康复中的应用效果分析

目的:探讨科室自制功能锻炼图谱在乳腺癌术后患侧上肢功能锻炼中的应用效果。方法:选取乳腺癌术后患者56例作为研究对象,按入院时间分为常规组(23例)和干预组(33例)。常规组术后以传统口头交流的形式进行患肢功能锻炼;干预组应用自行设计绘制的功能锻炼图谱,在护士指导下结合图谱,根据患肢淋巴水肿的程度制定适宜的功能锻炼计划,尽早开始实施规范、系统、循序渐进的护理干预。结果:干预组功能锻炼依从性及自理程度显著高于常规组(P<0.05);患肢抬高距离、后伸及外旋情况均显著优于常规组(P<0.05)。结论:功能锻炼图谱的应用,使患者能更好地掌握功能锻炼方法并自觉采纳,提高乳腺癌术后患者锻炼的依从性及康复效果,改善乳腺癌患者的生活质量。

酿酒酵母功能基因组学研究进展

随着各种微生物基因组序列信息的积累和测序工作的不断完成,酿酒酵母基因组学研究的重点已由传统的结构基因组学发展到了功能基因组学,并从单一的基因功能研究转向多个或整个基因组系统地去了解真核生物生命活动的本能。对基因组学水平上酿酒酵母功能基因的生物芯片分析,代谢通路和功能图谱,以及比较基因组学研究进行综述。

新常态下三峡通航信息服务架构和功能设计

从2017年11月开始,三峡过闸船舶到锚线移动,待闸船舶开始实现有序分区待闸的新常态,不同分区的船舶所需信息服务重点也不尽相同。本文分析了不同分区的船舶信息服务需求,基于船方需求对三峡通航信息服务架构和功能进行了设计,并提出了基于位臵信息服务的关键技术和实现方法。

知识图谱平台综述

近年来,知识图谱被广泛研究和应用。为了能够更加准确、高效地维护知识图谱的全生命周期,以及对知识图谱进行更多复杂的操作,大量知识图谱平台被设计、开发和应用。而开发者通常是基于他们所拥有的知识图谱而进行设计和开发的,缺少对知识图谱平台整体上的认识以及对应用场景特殊性需求的理解。通过调研当前主流的43个知识图谱平台,分别从知识图谱平台的功能、架构和应用三个角度对其进行系统性的分析和研究,旨在使平台开发和使用人员对知识图谱平台有更深入的认识,进而促进知识图谱平台被高效地开发和使用。

脑研究的进展、挑战与机遇

脑科学一直是近年非常热门的话题,该文简要介绍美国、欧盟、日本和我国脑科学研究的重大计划,以及华南师范大学生命科学学院神经生理学实验室对神经退行性疾病(尤其是阿尔茨海默病)的研究兴趣.

哨兵监测系统在集气站压缩机组中的应用

集气站压缩机是输送天然气的重要设备,对集气站内压缩机的监测诊断非常重要。某集气站压缩机组安装调试了西马力哨兵监测系统,介绍系统各类传感器安装方式、控制器和无线网关布局,并详细介绍该系统图谱功能的特点,供后续机组参考借鉴。

面向fMRI数据的人脑功能划分

人脑是目前人类发现的最复杂和最具智能的功能组织系统之一.数以万计的神经元相互连接形成了复杂的脑结构,并通过相互间的作用表现出多样的智能活动.脑功能研究是脑科学研究中最重要的内容之一,尤其是功能磁共振成像(f MRI)技术的出现,为人脑功能的研究带来了新的发展机遇.近年来,开始利用基于f MRI数据的计算方法对人脑进行功能的划分,已有研究表明,功能划分所产生的人脑功能子区域比结构图谱中的脑区具有更高的功能一致性,因此更适合用于人脑的功能分析.进一步讲,把人脑功能划分产生的功能子区域用于人脑功能网络的构建能够获得更具可解释性的人脑功能网络,能为人脑疾病机理的研究和探索提供新的手段.本文以f MRI数据为基础,首先,介绍了f MRI数据采集、人脑功能划分及其基本流程;其次,给出了一种人脑功能划分方法的分类体系,并详细阐述了其中主要的人脑功能划分算法;再次,梳理了人脑功能划分中常用的相似性度量和评价指标;最后,总结了人脑功能划分的应用,并深入地分析了人脑功能划分中存在的挑战及未来的研究方向,以期对相关研究提供有益的参考.

本特利3500监测系统在储气库压缩机组中的应用

储气库压缩机是输送天然气的重要设备,因此对储气库压缩机监测诊断显得尤为重要。针对某储气库压缩机组,安装调试了本特利3500监测系统,将各类传感器安装方式、接线箱布局特点与国内供货商的产品比较,并将功能图谱与国内产品进行对比分析,详细介绍了该系统的图谱功能特点,也起到一个抛砖引玉的作用。

基于立体脑电图的岛叶功能分析

目的 了解岛叶的功能,研究总结其解剖与功能的相关性,为癫痫的定位诊断提供依据.方法 对2013年12月-2015年9月在上海交通大学附属仁济医院功能神经科住院的部分药物难治性癫痫患者12例置入了立体脑电图(SEEG),颅内的电极选择在岛叶上的触点,通过电刺激观察临床表现,还原至解剖图上做脑功能图谱,研究岛叶的功能与解剖之间的关系.结果 12例药物难治性癫痫患者,位于岛叶上的触点为176个,排除后放电触点22个,共154个触点.主要临床表现为躯体感觉异常、喉部不适、呼吸改变、恶心、心慌等,其中躯体感觉症状位于岛叶中后部,内脏感觉症状相对靠前,其余症状主要分布于岛叶前、中部.结论 岛叶功能据其解剖的分布有一定的规律,但存在部分交叉,且症状相对复杂,同一部位在不同个体的表现不尽一致.

智能时代的脑科学与类脑智能研究

以智能科技为核心技术、智能算力为生产力的智能时代再次把脑科学推向世界科学与技术前沿。脑科学是研究人、动物和机器的认知与智能的本质和规律的科学。对神经系统结构和功能联结规律进行全面解析将最终绘制成脑功能联结图谱,近10多年来神经科学研究致力于系统性地解析神经系统的神经元类型和神经结构连接,在单细胞转录组分析、神经网络结构示踪等技术推动下取得了阶段性进展。解析人类大脑这一最为复杂的信息和智能系统,会启迪类脑智能理论和类脑智能技术,即脑科学/神经科学启发的智能理论和技术。在智能时代,脑科学研究的多学科交叉研究范式促使脑机接口、类脑智能计算等类脑智能研究领域加入脑科学。脑机接口的神经解码和编码技术为绘制人脑功能神经网络图谱提供了重要的功能研究技术和方法,并且可探索在脑疾病临床诊治上的应用。类脑计算正成为脑科学研究的一种新范式,借鉴脑处理信息和学习的基本原理发展高能效、高速和智能的新型类脑计算系统,利用发展的类脑计算系统可以加速发展脑模拟和数字大脑,促进理解大脑运行机制和治疗脑疾病,发展数字脑科学和脑医学。新近出现的脉冲神经网络智能处理器为构建大规模类脑智能计算系统奠定了基础,未来类脑超级算力极可能超过人类大脑算力,影响智能科技变革和人类社会发展。