拖延的大尺度脑网络效用连接模式:基于多态格兰杰因果模型分析

拖延(procrastination)是全球所热议的最重要的行为问题之一,它是指个体尽管能够预见不利后果,但仍然不理性推迟或延后执行任务的行为.已有研究提示,作为一种有害的行为倾向,拖延不仅影响个体的情绪体验及主观幸福感,还在一定程度上损害个体的生理健康.新近的一项基于大尺度脑网络的分析在功能连接水平上揭示了拖延的网络连接模式,为理解拖延行为的核心过程提供了一定的证据,但却很难解释拖延的核心加工过程的工作机制.因此,本研究通过多态联合的格兰杰因果模型(Granger causality model, GCM)基于效用连接水平来解释和预测拖延神经相关网络的因果连接模式.首先,采用群体独立成分分析法(group independent component analysis,g ICA),基于Infomax算法提取并识别出脑功能扣带执行控制网络(cingulate executive control network, CON)、突显网络(salience network, SAN)及皮层下网络(subcortical network, SCN)的空间独立成分作为感兴趣大尺度脑网络(network of interests, NOI).其次,在增广迪基-富勒检验后利用皮尔逊积差相关分别检验三个网络间的格兰杰因果效用连接与拖延间的关系.最后,利用基于高斯径向基底核函数(radial basis function, RBF)的支持向量回归算法(support vector regression, SVR)在独立样本上进行机器学习,随后用于预测个体的拖延行为.结果发现,扣带执行控制网络向皮层下网络的效用连接与拖延行为存在显著负相关,扣带执行控制网络是格兰杰因,而皮层下网络是格兰杰果.同时,结果还发现了扣带执行控制网络向突显网络的效用连接和拖延之间呈负相关关系.最后,机器学习的结果显示,这些格兰杰因果效用连接能够显著预测个体拖延症状(R2=0.66, MSE=0.120).结果揭示,扣带执行控制网络对与皮层下网络及突显网络的自上而下调控可能是拖延的脑网络效用连接模式,并提供了可靠的证据表明,参与冲动控制的扣带执行控制网络对于参与价值表征加工的皮层下网络及参与情绪编码的突显网络的调控.     

老化和精神疾病引起的皮层抑制功能变化

脑神经网络信息加工的实现方式主要依赖于兴奋性和抑制性突触连接.脑内抑制性神经元数量较少,但在信息加工和神经可塑性等方面作用极其重要,而且抑制系统失常与多种脑功能障碍有关联.脑内抑制性神经环路可粗略分为皮层内和皮层间(包括前馈和反馈)两种,分别介导同一脑区内和不同脑区间的抑制作用.本文先围绕中心-外周抑制和运动方向互斥介绍了皮层间、皮层内抑制的行为表现和作用机制,然后以老化和精神疾病为例综述了脑功能障碍与视觉系统皮层抑制功能变化间的联系,希望能对相关研究工作有所助益.     

视频暴力与攻击行为的神经成像研究进展

认知神经科学促进了心理学领域有关视频暴力与攻击行为的神经生理机制研究.近几年,国外研究者使用功能性磁共振成像研究了视频暴力与攻击行为的神经生理机制,并提出了新的攻击行为模型:神经发展模型.研究发现:长时间暴露在视频暴力下人类对暴力的威胁的脑反应是真实的并且可以察觉到的;能导致前额皮层、杏仁核、前扣带皮层、海马和海马回的激活;能增加潜在的攻击行为.文章介绍了认知神经科学领域中视频暴力和攻击行为神经成像研究的发展现状并展望了其前景.     

基于脑结构子网络分析的颞叶肿瘤患者认知功能研究

本研究旨在结合图论讨论颞叶肿瘤对整个大脑结构网络的影响以及患者认知功能变化情况.本文基于弥散张量成像技术,构建颞叶肿瘤患者以及正常对照组脑结构网络,依据纤维束连接长度,将整个脑网络分为3个子网络,对比分析各个子网络的网络参数全局效率和局部效率,进而对颞叶肿瘤患者大脑内纤维束的再生以及消亡情况做简单分析.并对两组受试者进行认知能力评估,分析患者认知能力与节点效率之间的相关性,从而得到患者大脑认知分布情况.研究结果显示,全局效率和局部效率在全脑网络结构中均无显著差异,子网络拓扑参数显示,仅在短距离子网络中,患者组较正常组有显著升高,局部参数研究结果显示,正常组均优于患者组,且患者认知能力普遍低于正常组.脑区内部纤维束再生以及不同功能区之间纤维束连接发生变化从而使得颞叶肿瘤患者脑结构网络发生重组,且患者在注意力、记忆功能、学习能力等方面较正常人有显著降低,患者额颞-顶叶部分脑区参与认知过程,特殊脑区信息处理效率的变化可间接反映认知变化情况.     

抑郁症相关的静息态脑功能网络异常

近年来,静息态脑功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging, rf MRI)被大量用于揭示抑郁个体脑功能网络的异常,主要体现在默认网络、认知控制网络和情绪网络各自内部及三大网络之间交互作用方面.与正常人相比,抑郁个体默认网络内部的异常主要表现为前部功能连接增强而后部功能连接减弱,前后两部分的异常可能有着分离的模式;认知控制网络内部的异常表现为功能连接减弱;而在情绪网络内部,抑郁个体的异常主要表现为边缘系统功能连接增强以及奖赏回路功能连接减弱.抑郁症对不同网络之间交互作用的影响主要体现在各个网络代表节点之间的功能连接异常.这些功能网络之间的交互异常可能反映了抑郁个体大脑在资源分配以及信息整合两方面存在缺陷.基于当前研究存在的不足,未来研究可关注抑郁症的多维度大数据整合和个体化研究,并将抑郁症与其他精神疾病脑网络异常的共性与特异性进行比较,在更深入揭示抑郁症神经机制的基础上为临床诊断和干预提供有效的生物学标记.     

基于复杂网络的脑疾病功能网络研究进展

脑功能连接能够反映脑区间的相互联系状况,目前已成为脑功能研究的主要方法。复杂网络方法源于图论分析,可以对功能连接所构网络进行量化分析,提供多种量化指标。本文介绍了当前复杂网络的多种基本概念,及其在几种典型脑部疾病上的应用情况。     

基于ALFF和动态功能连接的槟榔成瘾的研究

槟榔(Betel Quid)是世界上使用最广泛的精神活性物质之一,长期嚼食会使人上瘾,给人体健康带来危害.敏感且高分辨率的神经成像技术的出现,使研究者对嚼食槟榔成瘾的神经病理学有了新的见解.本文基于静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)数据,首次提出通过对槟榔成瘾者(BQD)和正常对照(HC)的7大脑功能网络上的低频振幅(ALFF)的幅值进行了Logistic回归以及回归系数的显著性检验来发现槟榔成瘾者存在异常的脑功能网络,该方法准确度较高且易于实现;其次,通过成组独立成分分析(Group ICA)和K-means聚类分析比较两组被试的动态功能连接的差异,由此探讨槟榔成瘾对脑功能网络和脑功能连接的影响.研究发现,槟榔成瘾者的小脑网络与正常人相比存在较为显著的差异.我们推断这可能与小脑调节躯体运动和涉及成瘾行为等生理机能有关.这一发现打破了以往人们对于小脑功能的认知,引导人们将成瘾机制与小脑网络的非运动功能结合起来进行研究,对研究槟榔成瘾这一公共健康问题以及发展针对槟榔成瘾的特异性治疗方法具有重要意义.     

非快速眼动睡眠期间神经同步活动与记忆巩固关系研究进展

神经同步活动被认为是神经系统信息处理的关键。脑内存在多种不同频段的局部同步活动和区域间同步活动,这些神经同步活动与多种行为和认知功能相关。记忆作为脑的高级认知功能,其形成和巩固的过程与神经同步活动关系密切。本文主要从体内非快速眼动(non-rapid eye movement, NREM)睡眠期间多个脑区间的神经振荡活动以及体外培养神经网络的同步爆发活动两个层面综述了神经同步活动与记忆巩固关系的研究进展,分析了当前研究存在的问题,并对今后的相关研究作出展望。     

间歇性θ节律经颅磁刺激改善大鼠工作记忆的海马与前额叶跨脑区神经网络效应研究

目的 间歇性θ节律刺激（iTBS）作为一种新型的经颅磁刺激模式，已经广泛应用于探索大脑认知功能和神经调控等方面，但其电生理调控机制尚不清晰，探索iTBS对大脑认知功能的影响及其电生理机制，对脑疾病的治疗和磁刺激的临床应用具有重要意义。方法 本文利用iTBS制备磁刺激大鼠模型，采集记录大鼠在执行工作记忆（WM）任务过程中腹侧海马（vHPC）和内侧前额叶皮层（mPFC）的局部场电位（LFPs）信号，应用格兰杰因果网络分析方法，研究了iTBS对大鼠WM过程中vHPC与mPFC跨脑区神经网络协同和信息交互的影响。结果 iTBS增强了大鼠的学习记忆能力，使其完成工作记忆任务所需时长减少（2.67±1.63）d（P<0.05），iTBS显著改善了大鼠的行为学表现；同时iTBS增强了大鼠在WM期间vHPC与mPFC脑区的自因果网络连接，增加了网络连接强度、连接密度和全局效率（P<0.05）；并且iTBS增强了vHPC与mPFC脑区的跨脑区网络连接，增加了vHPC-mPFC跨脑区的节点度和因果流向（P<0.05）。结论 iTBS磁刺激对大鼠工作记忆行为学及相关脑区神经网络均有显著的积极作用，iTBS可以促进大鼠认知能力，提高大脑神经网络的信息交互和传递效率，iTBS的神经调控机制可能是通过增强大脑vHPC与mPFC之间的网络连接和信息交互来提高工作记忆能力。     

综述:阿尔茨海默病的神经影像学研究进展

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)是以记忆和其他高级认知功能下降为特征的神经退行性疾病．早期的神经影像学研究通常是探索AD患者局部脑区的结构和功能变化．随着多模态神经影像技术和人脑连接组学研究方法的发展,研究者已经能够考察AD患者脑结构和功能连接通路．采用这些方法,最近的研究已经发现,AD患者脑网络的连接强度、网络效率、模块化组织和核心脑区连接的下降,并发现这些变化与患者的记忆评分等密切相关．这些新方法和新技术的出现不仅提供了新颖的观点来解释AD病的脑区失连接病理生理机制,而且发现的AD异常脑连接模式可能作为敏感特征应用于AD早期辅助诊断的影像标记物研究．特别重要的是,研究表明,在AD患者脑神经网络出现的异常连接模式,在AD前期即轻度认知障碍期患者中也已出现,表明了将AD影像学研究的重点前移到AD前期这一可治疗阶段的重要性和迫切性．     

认知障碍患者theta节律脑功能网络连接异常

为了深入观察不同认知功能老年人的大脑功能连接特性,选取了20名老年人参与京剧体验任务,并记录了他们在听京剧前后闭眼静息状态下的脑电信号。根据被试简易精神状态量表得分将其分为高分组与低分组,通过分别计算不同脑电频带下的相位同步指数,构建了两组被试的大脑功能网络;然后,进一步计算了网络连接参数聚类系数和特征路径长度,并从不同角度分析了不同被试的大脑功能连接特性。结果发现:在theta频带下,低分组老年人的全局相位同步指数低于高分组;在京剧体验之后,高分组老年人theta频带的全局相位同步指数有显著提高,而低分组在各频段都没发现京剧效应;在固定阈值的前提下,低分组老年人在较大阈值范围内的聚类系数低于高分组,而特征路径长度高于高分组,表现出小世界特性相对缺失;进一步地,在保证不同被试脑网络边数相同的条件下(即采用相同的度),对两组被试的脑网络参数进行了统计分析,未发现组间差异。综上,较低认知能力的老年人表现出更少的脑网络连接边数。该研究表明,认知障碍老年人脑功能网络相对于正常人有所破损,京剧可以增强老年人的大脑功能连接特性。     

皮层-基底神经节环路功能性连接与PD运动防治的神经可塑性机制研究进展

帕金森病(Parkinson's Disease,PD)是一种以运动功能障碍为主要临床症状的神经退行性疾病,皮层-基底神经节环路功能性连接异常是PD运动障碍发生发展的病理基础。运动疗法防治PD的神经可塑性机制可能与该环路的结构与功能重塑有关。本文拟以皮层-基底神经节环路为切入点,分别从皮层-基底神经节环路功能性连接与运动调控、皮层-基底神经节环路功能性连接异常与PD、皮层-基底神经节环路功能性连接重塑与PD运动防治三方面对该领域的相关研究进行综述。     

灵长类镜像神经系统研究的最新进展

近年来,镜像神经系统成为认知神经科学的研究热点.神经生理学和脑成像的相关研究表明,镜像神经系统以运动为基础,统一了动作观察和动作执行的神经机制,为理解他人动作提供了来自"内部"的支持.镜像神经系统为个体间的自然交流提供了神经基础,具有深远的进化意义.它不仅存在于灵长类,甚至在进化距离较远的物种(如沼雀和斑雀)中也有发现...     

有无反馈对欺骗过程的神经机制的调控作用

欺骗行为会导致欺骗结果的产生,欺骗结果又会直接影响欺骗行为的发生及其内在机制.虽然有研究表明,欺骗结果会对相应的欺骗过程产生调控作用,但对这一调控作用的机制并不清楚.本研究采用功能核磁共振技术,对两组被试分别使用有、无反馈(欺骗结果)的GKT范式并记录两组被试在进行诚实反应和欺骗反应时的大脑激活模式.结果发现,有反馈组与无反馈组相比,有反馈组的诚实反应和欺骗反应都导致了左侧顶叶皮层、左背部前扣带皮层、左侧脑岛、双侧视皮层和右侧小脑的更大激活;对两组而言,欺骗反应和诚实反应都导致了右腹外侧前额区域、双侧缘上回、左侧脑岛、右后内侧额叶、右侧颞中回和右侧纹状体的更大激活;此外,与无反馈组相比,有反馈组的欺骗反应与诚实反应在双侧纹状体和左侧脑岛上的激活差异更加明显.这些结果表明,有无欺骗结果对欺骗过程的神经机制具有调控作用,当需要面临欺骗结果时,欺骗过程将更大程度地涉及到奖赏预期和风险厌恶过程的参与.     

习惯化用药及其策略转换的神经环路调控机制

目标导向和习惯化行为策略转换缺陷是习惯化觅药行为形成的主要原因.以往认为,前额叶皮层对负责目标导向系统的背内侧纹状体控制能力的减弱介导了习惯化行为.然而,最新研究发现,背外侧纹状体(DLS)的直接通路和间接通路可选择性调控目标导向和习惯化系统.并且,运动皮层对DLS的投射可通过双向调节多巴胺D1受体(D1DR)和D2受体(D2DR)神经元突触可塑性,调控直接通路和间接通路间的协同或拮抗作用.近期研究还发现,杏仁核作为调控情绪的关键脑区,可通过中央杏仁核与基底外侧杏仁核间的功能迁移,从而介导习惯化觅药行为中伏隔核与DLS间的功能连接.此外,纹状体内D1DR和D2DR神经元对习惯化觅药行为的调控存在竞争关系.鉴于此,本文将重点讨论伴随习惯化用药形成发生行为策略转换缺陷相关的细胞特异性和环路特异性的脑功能异常机制.     

基于fMRI的脑功能整合数据分析方法综述

脑功能成像在人脑信息处理和认知活动的神经关联中发挥了不可轻视的作用.从大脑功能整合出发,可以将脑功能成像数据分析方法分为探测大脑功能整合的功能连接和有效连接两方面,功能连接探究空间远离的两个脑区之间的连接,有效连接研究一个脑区对另一个脑区作用的大小.根据这两个概念,相应地可以将功能磁共振数据分析方法分为两大类.本文着重...     

儿童失神癫痫的默认模式网络的结构连接研究

大脑结构连接是其功能连接的物质基础．已有研究表明,失神癫痫患者默认模式网络(default mode network,DMN)中的功能连接发生了改变．为了探索这些改变相应的结构基础,对11名儿童失神癫痫患者和12名正常对照,使用基于弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)的纤维束追踪技术,构建了每个被试DMN脑区间的纤维束连接．结果表明,在所有被试的DMN网络中一致发现后扣带/楔前叶到内侧前额叶、后扣带/楔前叶到左右双侧的内侧颞叶都存在纤维束连接．通过两组间统计比较这些纤维束连接的平均长度、连接强度、平均部分各向异性(fractional anisotropic,FA)值和平均弥散度(mean diffusivity,MD)值等参数,发现患者组的后扣带/楔前叶到内侧前额叶纤维束连接上的平均FA值及连接强度都显著降低,而平均MD值显著增加,并且其FA值与癫痫病程呈显著的负相关关系,这些改变可能影响了患者DMN网络的功能连接．本研究结果为DMN功能连接异常提供了相关的结构上的依据,提示后扣带/楔前叶到内侧前额叶的连接异常可能在儿童失神癫痫中起着非常重要的作用．     

认知控制基本功能的神经机制

认知控制是指根据任务目标调控具体心理过程的大脑功能,构成了个体目标导向行为的基础。本研究团队多年来关注认知控制基本功能(监测、控制和转换)的神经机制,在监测启动认知控制的时间过程及其机制,控制的影响范围、新的控制机制、控制效率的脑网络基础,转换的中枢脑区和动态神经编码等问题上取得了系列研究成果。本文对这些研究进展进行了综述,并进一步提炼了相应的理论意义。今后需要加强认知控制基本功能的因果性研究,开展认知控制功能表达研究和增强-迁移效应研究。     

老年人认知训练的神经机制研究

伴随老化,老年人的认知和脑功能会表现出一定的下降趋势.尽管如此,人类的大脑到老年期都会保有一定的可塑性,认知训练的方式是延缓认知和脑功能衰退的有效手段.本文回顾了以往针对老年人不同类型的认知训练研究,探讨了认知训练的理论基础(包括放大观和补偿观),深入分析了老年人认知训练的神经机制,并在此基础上指出以往研究中理论基础冲突的不足和对未来研究老年人训练任务适配性的展望.     

脑电事件相关去同步化和同步化的神经元群模型

利用基于丘脑-皮层网络的神经元群模型,研究被试者在某种认知状态下脑功能区的连接状态。模型包括三个模块,分别对应脑电头皮电极C3、Cz、C4记录的三个皮质区。模型外部输入包括用高斯白噪声表示的上行传入感受器信号、用直流偏移表示的皮质对丘脑的兴奋性输入、用指数衰减表示的来自脑千和前脑基底神经元的调制信号。模型输出的兴奋性神经元群的平均膜电位反映脑电记录的局部电位。改变模型输入,进行多次仿真试验并进行线性和非线性分析。研究结果显示：仿真输出信号的alpha频带功率谱有与实际脑机接口实验一致的事件相关去同步化和同步化现象;模型中功能相近的区域间有更强的耦合,随着耦合强度的增加,输出信号间的相关性和同步性均增加。