经颅磁声刺激作用下耦合神经元的去同步研究

基于全同HR神经元的耦合系统模型,应用Simulink平台建立系统仿真模型,研究经颅磁声刺激对神经元同步活动的影响。通过分析不同参数下的经颅磁声刺激对神经元去同步的作用效果,发现适当参数下的外加磁声刺激可以有效减弱神经元的同步性。仿真结果表明:超声强度为0.7~0.8 W/cm^2时,去同步指数Q值变为0.041 7,耦合神经元出现去同步现象,从1.3~3.0 W/cm^2逐渐增大时,耦合神经元去同步指数Q值由0.041 7逐渐增大到0.625,神经元的放电模式发生了改变。调制超声波的占空比从40~70%变化时,去同步指数Q值变为0.041 7,耦合神经元的去同步对经颅磁声刺激具有敏感性;当调制超声波的周期从170~180 ms变化时,去同步指数Q值变为0.041 7,耦合神经元呈现去同步状态。研究结果揭示出经颅磁声刺激对耦合神经元去同步的作用规律,有助于探索经颅磁声刺激对神经精神类疾病治疗和康复的机理。

呈现方式与认知方式对文章标记效应的影响

采用纸笔呈现和视频显示终端(video display terminals,VDT)呈现两种形式,探讨了认知方式与文章标记类型对文章阅读效果的影响,结果表明:(1)文章标记对不同认知方式的读者影响不同,无论有无文章标记,场独立者对各类信息的保持量没有明显的变化,而文章的宏观标记能够使场依存者的阅读指向发生改变,场依存者会更加注意与标记有关的内容;(2)呈现方式对文章信息的保持量有显著的影响,纸笔呈现方式下,被试的信息保持量明显好于VDT呈现方式;(3)在VDT呈现条件下,场独立者对主题性信息的保持量显著高于场依存者。

经颅霍尔效应刺激作用下神经元系统放电节律的理论研究

基于霍尔效应原理和Hodgkin-Huxley模型,研究经颅霍尔效应刺激对神经元系统放电节律的影响作用。研究表明,当超声和静磁场在神经元中产生的电流强度从10μA/cm2到55μA/cm2逐渐增大时,神经元动作电位的峰值从96 m V减小到71 m V,峰峰间期从15 ms减小到8.5 ms,发放率从4～6呈多级阶梯状逐渐增大。研究还发现,当超声的发射周期从6～100 ms逐渐增大时,神经元动作电位的发放率从1～5呈多级阶梯状逐渐增大。研究结果揭示经颅霍尔效应刺激对神经元放电节律的作用规律,有助于探索经颅霍尔效应刺激对神经精神类疾病治疗和康复的机理。

基于多尺度排序递归图的糖尿病轻度认知障碍脑电信号分析

研究糖尿病轻度认知障碍(MCI)脑电信号多尺度的确定性特性,有利于其早期预防和诊断。基于多尺度下的排序递归图,对15通道闭眼静息态的脑电信号进行多尺度排序递归图确定性分析。4组被试分别为14例糖尿病轻度认知障碍(DM-MCI)、11例糖尿病认知功能正常(DM-nMCI)的患者以及16例无糖尿病轻度认知障碍(n DM-MCI)、10例无糖尿病认知功能正常(n DM-nMCI)的患者。利用单因素方差分析(one-way ANOVA)对4组被试脑电信号的多尺度确定性值进行统计分析,利用皮尔森相关方法研究多尺度确定性与认知功能之间的相关性。结果显示,小尺度1≤s≤4时,n DM-MCI组和n DM-nMCI组确定性DET值明显高于DM-MCI组和DM-nMCI组的DET值;大尺度12≤s≤15时,4组DET值差异性小,且DM-MCI组所有电极不同尺度下的确定性值均要高于DMn MCI;轻度认知障碍患者在C3(DM-MCI:0.83±0.09,n DM-MCI:0.86±0.09)和C4(DM-MCI:0.85±0.08,n DMMCI:0.88±0.08,)电极的小尺度下确定性值显著增高,是认知障碍的主要特征,且与Boston(P=0.033),FAQ(P=0.026),WAIS(P=0.037),MoCA(P=0.039,P=0.017)等多项认知功能显著相关;糖尿病患者在Fp1(DMMCI:0.80±0.09,DM-nMCI:0.75±0.07)、Fp2(DM-MCI:0.80±0.09,DM-nMCI:0.75±0.01)和Oz(DM-MCI:0.76±0.06,DM-nMCI:0.73±0.07)小尺度确定性和Fp2(DM-MCI:0.96±0.03,DM-nMCI:0.94±0.01)大尺度确定性显著降低,是糖尿病的重要特征。基于多尺度排序递归图的确定性可用于分析与认知功能下降和糖尿病相关的脑电特征。

基于全局排序模式同步的多通道脑电同步特性分析

脑电同步是脑功能区域整合的重要表现。基于时间序列的排序模式,提出一种简单易行的多通道脑电信号同步分析方法——全局排序模式同步(GMS)。仿真分析显示,该算比基于加权排序互信息的全局同步因子对弱耦合的检测更为灵敏。对26例遗忘型轻度认知障碍和20例认知功能正常的2型糖尿病患者闭眼静息态的脑电信号,采用基于小波增强的独立分量分析算法进行预处理,将32路脑电信号分为前额、中央区、顶区、枕区、左颞和右颞6个区域进行全局同步分析,并利用独立样本t检验对两组被试之间的人口学特征、神经心理学检查和同步值进行统计分析,利用皮尔森线性相关分析研究各区域同步值和认知功能之间的关系。结果显示,糖尿病轻度认知障碍患者与正常对照组相比,各脑区的全局排序模式同步值均减小,尤其是中央区(P<0.01)、顶区(P<0.05)和枕区(P<0.05)有显著性的降低,且前额(r=0.298,P=0.045)、中央区(r=0.327,P=0.026)、顶区(r=0.32,P=0.03)的全局排序模式同步值均与MOCA得分有显著的正相关性,表明GMS是与认知功能下降相关的脑电特征。

基于平滑最小方差无失真响应的一致性同步算法研究

脑电信号一致性反映双通道信号在一定频率范围上波动形式的一致程度,反映相应位点大脑之间的联络性。将基于最小方差无失真响应的一致性算法与核滤波相结合,提出平滑最小方差无失真响应一致性算法(SMVDR);仿真实验表明,SMVDR在窄带信号和宽带信号中均有较好的准确性和抗噪性能。利用新算法SMVDR,对31例糖尿病患者(遗忘型轻度认知障碍aMCI组18人,认知功能正常对照组13人)的脑电信号在大脑不同区域、不同频带(δ,θ,α,β)进行一致性分析,统计分析发现:aMCI组在左右颞间δ频段的一致性下降而β频段一致性增加,前额-枕区的θ频段的一致性增加,右颞-枕区和前额-右颞区域的α频段一致性下降。一致性值与MOCA得分的相关性分析发现,在特征通道下δ和α频段的一致性与MOCA得分存在显著的正相关,θ和β频段一致性与MOCA分数呈负相关。SMVDR算法可以更好地计算双通道脑电信号之间的一致程度,对于理解老年期轻度认知障碍的患病机制并进行早期诊断与干预具有重要的意义。

章晓辉教授团队的研究论文入选“细胞出版社2017中国年度论文”

5月16日,全球最权威的学术期刊出版社之一的细胞出版社（Cell Press）在北京中科院微生物研究所举办了＂2017中国年度论文、年度机构发布会＂.北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室的章晓辉教授团队发表于《神经元》的研究论文被选为年度论文之一.在2017年,以中国内地为第一完成单位在细胞出版社旗下的《细胞》及其包括《癌细胞》、《神经元》和《当代生物学》等知名学术子刊上发表的论文数量总计达150篇.