神经影像大数据与心脑关联:方法学框架与应用

心理科学成为一门成熟科学的必要条件之一是建立心理学概念与神经活动的联系,即心脑关联.当前心脑关联研究通常以心理学概念为出发点形成研究假设,推断脑功能活动特征与心理学概念的关联.心理学概念的形成依赖于观测者的主观经验和一致观念,它们未必反映神经系统的功能组织结构.经过近20年的心脑关联研究,我们仍然难以建立明确而科学的心理学概念与脑活动特征之间的关系.本文综述了当前心脑关联研究的瓶颈、分析其本质原因,并提出以脑为中心、以神经影像大数据为基础的心脑关联研究框架.随后,举例综述新的心脑关联研究框架下神经影像大数据及其方法论.最后,讨论2个实际应用以说明新研究框架对发现心脑关联的独特作用.

人脑功能连接组:方法学、发展轨线和行为关联

人脑内部功能连接的全体称为功能连接组,其功能复杂性表现在:(ⅰ)结构到功能的产生机制;(ⅱ)脑功能到心理行为的产生机制(心脑关联);(ⅲ)整个生命历程中的功能发展轨线.一直以来,神经科学家致力于揭示人脑功能在不同生命历程阶段的特征及其深层机制.上述问题的研究能够极大地改善对人脑功能的理解,改进长期以来必须依赖于动物脑功能模型的状况,为重大神经精神疾病的脑功能的病理生理机制研究提供正常参考(常模),进而有助于及时、准确地对其进行诊断、预警、干预和后期评价.但限于实验技术和计算方法,与脑功能有关的上述问题因极具挑战性而尚未被系统地展开研究;静息态功能磁共振技术的出现正在改变人脑功能的研究现状.本文综述基于静息态功能磁共振技术研究人脑功能连接组的计算方法及其重测信度、功能发展轨线应用、心理行为关联.

人脑功能连接组关联研究(fCWAS)

现代脑成像技术为我们开启了从未有过的机遇:科学家可以在0.5秒和3毫米的时空精度上观测活体人类大脑的全脑功能活动。这再一次唤起人们全面解读长期以来的神秘话题——"心脑关联"(Brain-Mind Association:BMA)的兴趣。近20年来静息态功能磁共振成像技术迅速发展,该话题已被初步探索并在心脑关联和脑功能发育研究方面取得了一些进展。本文概要介绍这些进展和与之密切相关的人脑功能连接组研究框架,类比人类全基因组关联方法,指出人脑功能连接组关联方法是深入研究脑功能与各种心理行为特质或疾病之间关系的关键方法学框架之一,阐述其目前面临的主要困难、解决方向和思路。人类全功能连接组关联研究需要世界各国科学家的联合并大力提倡发现科学和开放式科学文化。中国目前在一些方法学研究领域获得了良好的声誉,未来研究中各科研院所(特别是中科院)应加大力度培养多学科交叉人才,为人类心脑关联研究标准的制定和最终应用做出贡献。