虚幻面孔加工有效连通网络的非线性DCM分析

采用让被试从纯噪声图片中产生虚幻面孔的实验范式来实现面孔top-down加工激活模式的提纯,并使用神经理论基础更为完善的非线性动态因果模型(DCM)来分析top-down方式下虚幻面孔加工有效连通脑网络.所得到的最优脑网络模型表明,枕部面孔区(OFA)在虚幻面孔加工中是关键的面孔信息生成器,它能够被顶下小叶(IPL)施加在其上的top-down注意力所调节,实现在纯噪声图片中检测出类似于面孔的特征信息,然后提供给梭状回面孔区(FFA)作进一步的面孔整体信息加工.

基于系统动力学的氢需求量中长期预测

“双碳”背景下氢能将在各种领域发挥巨大作用,开展氢需求中长期预测具有重要意义。基于系统动力学方法建立了省级氢需求中长期预测模型。首先将氢能需求分为工业、供热和交通3大领域,考虑各子系统内部因素的相互作用以及经济发展、政策支持等外部因素的影响,分析因果关系,构建系统预测方程;其次设定系统参数,采用最小二乘法方程回归得到方程常数,基于该省发展规划利用灰色模型设定表函数参数,并将模拟结果与历史数据进行对比,结果表明模型误差较小,适用于该省氢需求预测;最后利用所建立的系统动力学模型对该省的氢需求量进行了预测。

正常人眼睫状肌不同调节负荷下的大脑皮层激活状态

目的 探讨正常人眼不同调节负荷下的大脑皮层激活状态、功能脑网络及脑区间有效连接关系。方法 选择正常受试者33例,进行任务态功能核磁共振扫描,基于MATLAB平台的SPM12、GroupICATv4.0a软件包进行影像数据预处理和后续分析。使用单样本t检验分析正常人群调节相关脑激活模式;运用Informax算法将数据分解为独立的空间成分,提取任务对应的成分,分析相关的功能脑网络;基于动态因果模型分析任务激活区之间的有效连接,明确相应脑区的有效连接关系。应用体素水平阈值P <0.001,FWE团块水平P≤0.05为多重比较校正方法。结果 正常人眼-3D和-6D调节刺激下的大脑激活信号表明,支配睫状肌的神经信号所涉及的大脑皮层区域广泛,有枕叶、颞叶、小脑、边缘叶、丘脑、顶叶和额叶,且正常人眼不同调节负荷下大脑激活的区域和强度均有变化;参与调节任务态相关的功能脑网络,主要为视觉网络、小脑网络和注意网络;各脑区间有效连接分析初步表明,参与调节的回路有2个,分别是枕叶、小脑与顶叶组成一个神经环路,枕叶、小脑和额叶组成一个神经环路,丘脑为信息传导中介。结论 参与大脑加工调节信号的区域较广,涉及多个脑区,多个脑网络,2个神经回路;不同调节负荷下脑激活的区域和强度均有差异。

基于神经元集群模型的动态因果模型算法综述

大脑是人体最复杂的器官,各个脑区之间的连接构成了复杂的功能性网络系统,脑网络连接特征的变化与脑的生理病理状态密切相关。近年来,脑网络构建与分析算法成为计算神经科学领域的研究热点之一。在众多脑网络分析方法中,动态因果模型(DCM)由于具有生物物理合理性在探索神经网络的有效连接特性中得到了广泛关注。从基本原理、神经元集群模型和应用等方面对DCM进行综述。首先,介绍DCM的基本原理,并以基于卷积和基于电导的两类神经元集群模型为例,对DCM算法的关键组成——神经生物学模型的建模思想、原理及发展进程进行回顾;然后,综述近年来DCM在认知功能和疾病病理等相关神经信号分析领域的应用,指出DCM有望成为探索脑功能整合机制的方法;最后,结合近几年DCM算法的研究进展及其局限性进行总结和展望。

基于经验动态建模的因果检测研究综述

相关性是目前科学研究中重要的分析标准,但是相关关系并不意味着因果关系。随着人们认识到非线性动力学的普遍性,仅仅依靠相关性进行推论,极有可能会得出错误的结论。目前,包括机器学习在内的各种相关性研究算法快速发展,而挖掘变量间因果关联的研究尚处于探索中。经验动态建模理论是一种基于数据驱动的动态系统建模框架,其最大的特点是抛弃了传统数据分析中的公式化方法,仅仅从时间序列中重构动态系统的行为。其核心思想是动态系统可以描述为一组状态在高维空间中受一定规则的驱使随时间演变的过程,可以通过重建随时间演变的状态来对动态系统进行建模。基于经验动态建模理论,通过动态系统中变量的时序数据,可以对变量之间的因果关系进行检测。如果变量X是变量Y的原因(X⇒Y),那么变量X的信息必须隐含在变量Y中,且可以从变量Y中恢复。文中首先分析了相关性与因果关系的辩证关系,由于“虚假相关性”和“幻象性相关”现象的存在,相关性并不意味着因果性,缺乏相关性也并不意味着没有因果关联;然后全面介绍基于经验动态建模理论进行因果检测的核心思想,具体地对Takens嵌入定理、单纯形投影算法和收敛交叉映射算法的历史发展做了详细总结,动态系统可以描述为一组状态在高维空间中受一定规则的驱使随时间演变的过程,可以通过重建随时间演变的状态来对动态系统进行建模;接着介绍了一些经验动态建模理论改进方法和实际因果检测应用;最后分析了基于经验动态建模因果检测目前存在的一些问题,并对未来发展趋势进行了展望。

我国城市化与电力消费水平的动态关系分析

借助协整理论、误差修正模型、Granger因果检验、脉冲响应及方差分解等计量方法,对改革开放以来中国城市化与电力消费水平在长期与短期内相互影响的动态关系进行分析。结果表明,中国城市化与电力消费水平之间存在长期稳定的均衡关系,但二者相互作用的短期效应和长期效应并不一致,在长期内二者互为Granger原因,但均不构成对方的短期Granger原因。且二者相互影响的效应存在明显的差异,电力消费对城市化有较大的作用强度,而城市化对电力消费的冲击作用不大。上述结论表明,电力是城市化的基础,推进城市化要坚持"电力发展既要有一定的超前性,又要保持均衡发展"的原则。

基于系统动力学方法的技术创新扩散模型构建及仿真研究

在对技术创新扩散系统结构进行分析的基础上,采用系统动力学方法构建技术创新扩散系统的因果关系模型,提炼其中重要反馈回路并对其极性进行分析。构建技术创新扩散系统流图,应用Vensim PLE软件对流图模型进行检验,并对模型进行结构灵敏度和参数灵敏度仿真分析。仿真结果表明:三阶段扩散模型相对于传统的两阶段扩散模型,具有一定延迟特征,这种延迟特征降低了技术创新扩散的平均速率。此外,各参数对技术创新扩散结果的影响并非简单线性关系,而是呈现出复杂的非线性,具有反直观特征。研究结果进一步丰富了技术创新扩散理论的研究内容及方法,并为促进技术创新扩散提供了理论参考和决策支持。

有效连接分析在脑功能磁共振数据中的发展和应用

大脑是一个高度复杂的神经网络系统,随着磁共振成像技术的快速发展,目前研究逐步深入到人类大脑并行神经网络和不同脑区间的信息流,以更全面深入地探索脑功能机制。有效连接分析是近年来在脑功能网络方面的一个研究热点。对人脑功能网络进行有效连接分析,可能对神经精神疾病的病理机制和脑功能异常状态下的功能逻辑有着更好的理解。本文着重对有效连接的几种经典方法(包括结构方程模型、多变量自回归模型、格兰杰因果分析和动态因果模型)的算法原理、存在的问题、算法比较、最新发展及在大脑功能磁共振成像数据中的应用做简要介绍。

多维复杂关联因素下的大坝变形动态建模与预测分析

大坝变形监控模型是多维复杂关联性以数学形式表达的集成载体,因而合理量化和集成关联性有利于更加全面而准确地构建数学模型。本文着重从维度、关联、检验、措施及模型五个层面依次对因子相关性、动态因果关系和序列相似性三种关联性进行阐述,提出了一种兼顾相关性和相似性的大坝变形动态监控模型。该模型以环境因子与大坝变形间的因果关系为基础,分别采用耦合相关性诊断方法、动态最大信息系数和标准化动态时间规整算法度量因子相关性、动态因果关系和序列相似性,并通过非线性模型建立、动态输入修正和交叉多输出改进将多维复杂关联性统一于大坝变形动态建模框架中。以西南地区某混凝土坝工程多测点变形监测数据为例,通过多模型性能对比仿真实验对所提方法的有效性和准确性进行了验证评估。结果表明,与常规模型相比,集成多维复杂关联性的大坝变形动态监控模型的预测性能尤佳,以期为大坝变形安全预报提供一种新型建模方法。

一种基于ANN的FGH96合金动态流动行为的电路模型

在锻造领域 ,多采用数字模型进行工艺设计和过程控制 ,但数字模型无法完成材料成型过程的实时控制。因此 ,有必要建立一种适合于实时控制的材料动态流动行为模型 ,以提高生产效率和锻件质量。通过热模拟试验 ,对热等静压态 FGH96合金的高温流动特性进行了研究 ,用 BP( Back Propagation)网络建立了 FGH96合金隐式本构关系模型 ,利用模拟电路的快速反应与易于控制等特点 ,建立了基于 ANN的 FGH96合金的动态本构模型。该模型具有较高的预测精度 ,能很好地反映材料成型过程的动态流动行为 。

键合图理论及应用研究若干问题的发展及现状

由于实际工程系统不仅仅涉及单一能量形式,往往是多种能量形式的耦合。这使得键合图理论在多能域耦合系统全局动力学的研究中占有重要的地位。本文对键合图理论及应用研究领域中的非线性系统因果关系及其在系统建模中的作用、分布参数系统的动力学建模与仿真、基于键合图的概念设计及非连续系统的建模与仿真若干重要问题的发展及现状做了系统的阐述,对该领域的研究工作具有积极的推动作用。

动态因果模型的基本原理及其在脑功能磁共振成像中的应用

当前对人脑各功能区间的动态功能连接和整合问题的研究日趋深入、广泛。大脑作为一个非线性动态系统,由于多因素间的相互影响,单一的分析方法难以对其复杂的认知过程进行充分解释。以往局限于简单的脑功能定位的研究方法存在其局限性,无法适应当前研究的需要。开展对有效连接的研究有助于深入理解人脑在系统水平上的动态运作方式,是目前乃至今后认知神经科学的重要发展方向。在此背景下,作为评价有效连接的一种新方法,动态系统的数学模型——动态因果模型正被广泛关注,并将在基础研究、临床应用、特别是神经传导通路方面获得广泛应用。

动态不确定因果图(DUCG)在鞍区疾病中的诊断价值

目的拟在采取综合考虑鞍区疾病相关特征的基础上,提出一种基于动态不确定因果图(DUCG)的诊断建模与推理方法。方法通过专科医生和人工智能工程师合作,基于DUCG的算法及原理,融合专家知识、临床经验、医学研究成果、临床样本统计数据多种数据和知识来源,构建基于DUCG的鞍区疾病诊断模型。从北京协和医院电子信息病例系统中选择17种最常见的鞍区疾病相关病例,验证诊断模型的的诊断能力,并以图形方式直观展示疾病和症状之间因果关系的推理过程。结果本组DUCG鞍区疾病诊断模型包含138个变量。采用1个病例进行诊断模型测试,结果表明:颅咽管瘤的概率排名第一,占89.004%,并可得到DUCG推导图,清楚解释疾病病因和所有相关因素,症状和监测结果,及其关联性。本组共测试139例鞍区病例,诊断模型的平均准确率为94%。结论基于DUCG的鞍区疾病诊断模型应用于医学诊断中可弥补个人知识和专业限制,降低误诊率,减轻公共卫生保健资源的负担。

基于动态因果模型的运动执行和运动想象脑网络研究

利用动态因果模型,分析右手运动执行和想象过程中功能磁共振实验数据对侧初级运动皮层(M1)和双侧辅助运动区(SMA)的动态功能网络,发现了左侧SMA在右手运动执行和运动想象过程中的主导作用,以及运动想象过程中左侧SMA对左侧M1的抑制作用;进一步分析了运动执行和想象过程的动态功能网络的差异,发现了实验刺激模式在两种不同的动态网络中对激活脑区的激活和抑制作用的转化,揭示了运动执行和想象动态功能网络转换的神经机制。

基于动态VECM的我国铜期货的价格发现功能研究

通过采用ADF检验、协整性检验及Granger因果检验对近年来上海铜期货市场的价格发现功能进行全面深入的动态实证分析,表明铜期货价格具有良好的价格发现功能。通过动态向量误差修正模型(vector error correc-tion model,VECM)检验,铜现货市场和期货市场价格波动相关性趋于加强,但呈现出非线性规律,说明企业在进行套期保值决策时能以期货价格波动作为决策依据之一,但不能对期货价格波动反应过度,致使套期保值行为失当,需要综合分析外部市场环境和期货市场运行规律,做出全面科学的套期保值决策。

汉字阅读的语义神经回路及其与语音回路的协作机制

从神经网络的角度研究词汇阅读的大脑神经机制,需要揭示语义和语音神经回路的动态协作机制,而语义加工神经回路是探讨该问题的一个亟待解决的瓶颈问题。利用汉字表义的独特性,以形旁语义作用的神经机制为切入点,计划开展的4个fMRI实验拟探讨汉字阅读的语义神经回路及其与语音回路的动态协作机制。实验1利用多参数相关分析技术,识别与汉字语义和语音属性相关的功能脑区;实验2和实验3集中考察形旁语义加工的大脑神经机制,深入探讨形旁语义作用的实质,揭示汉字阅读中语义加工的神经回路;实验4通过建构汉字阅读的动态因果模型,考察在刺激驱动和任务调节下,阅读相关脑区联结模式的动态变化,阐明语义和语音神经回路的相互协作机制。研究结果将从跨语言的角度,阐明阅读神经网络的内部动态机制,为联结主义理论提供神经生理方面的直接证据;并为基于脑科学的教育教学和阅读障碍矫治等实践应用提供理论依据。

围填海工程综合影响因果反馈模型探索

通过对围填海相关著作和文献进行系统梳理,分析得出其中围填海工程综合影响的主要影响因素,并按照其属性进行分类。在此基础上,运用系统动力学理论和方法,选取经典的因果反馈模型,基于综合影响因素,并引入"关键节点判别",探索性地建立了围填海工程综合影响因果反馈模型,对该模型进行了分析与讨论。结果表明:围填海工程同时具有正负效应,且这些效应之间存在互相影响、互相促进或互相制约等关系;这些正负效应中,沿海地形改变程度、阻挡海浪侵袭能力、洄游路线占用和栖息地改变程度以及沿海土地面积增加量是关键节点。

基于系统动力学的锅炉过热蒸汽温度系统建模与仿真

基于系统动力学建模原理,从质量和能量守恒宏观角度,以因果回路图和存量流量图为载体,从系统的运行机理出发,建立了锅炉过热蒸汽温度系统的系统动力学模型。该模型结构层次清晰,繁简适当。以河北清苑热电厂300 MW机组高温过热器为研究对象,在Vensim PLE环境下对所建模型进行了仿真研究。通过仿真曲线与实际生产数据及针对该数据采用粒子群算法辨识得到的传统模型的仿真曲线进行对比分析,验证了所建系统动力学模型的有效性和合理性。

肘杆式压力机机构动力学建模与分析向量键合图法

为提高肘杆式压力机机构动力学建模与分析的效率及可靠性,提出了相应的向量键合图法。由系统向量键合图模型基本场及结型结构的输入、输出向量间的代数关系,推导出便于计算机自动建立的系统驱动力矩及运动副约束反力方程的统一公式;根据运动约束关系,将平面运动构件、旋转铰及移动副的向量键合图模型组合起来,建立了三角形肘杆压力机机构的向量键合图模型。通过有效的增广方法,消除了机构向量键合图模型中的微分因果关系,克服了其给机构自动建模所带来的代数困难;在此基础上,实现了三角形肘杆压力机机构动力学自动建模与计算。结果揭示了脉冲形式的工作阻力对机构动力学性能的影响,说明了所述方法的有效性。

动态经济系统分析的经济计量模型与方法

综述可有效阐明动态经济系统长期关系和因果关系的因果测度理论.首先简要介绍多变量时间序列的协整过程及与此相关的若干概念,并总结了在经济计量学领域评价较高的多变量自回归模型的统计识别方法.基于多变量时间序列协整过程的向量自回归模型,较详细讨论了多变量时间序列间各种因果测度的定义及其沃尔德检验.所述单方向因果测度及其统计检验理论作为C W.J.Granger非因果性理论的扩张,不仅可以检验两组时间序列间的因果影响存在与否,还可以定量描述影响的程度.单方向因果测度理论为分析复杂经济系统提供了一种有效手段.