摘要
大量神经元经突触连接而形成复杂网络，其变化与人类情绪、运动、思考等认知活动息息相关。受限于神经成像技术，目前还只能在宏观尺度上进行无损非侵入式脑网络研究。其中脑功能连接能够直接反应脑区神经活动情况，在认知研究与神经疾病临床诊断中得到广泛应用，其构建及拓扑特性分析一直是脑科学领域的研究热点。 不同生理或心理条件下，脑区间功能连接具有独特性，且是动态变化的。本论文针对正常老年人、轻度认知障碍患者、阿尔兹海默症患者开展脑功能连接网络研究，实现了基于独立成分分析的功能连接网络构建及其拓扑特性分析。除此之外，还进一步实现了基于传输熵的脑有效连接分析。具体研究内容如下： (1)采用改进半正定规划算法分析功能磁共振信号序列。将投影海森矩阵融入到半正定规划中，通过引入二阶导数信息来寻找局部极值解。之后，采用皮尔逊相关系数进行脑区神经活动相关性检验，引入特征指标，提高算法可靠性。实验结果表明该算法能够自主选择独立分量个数。 (2)实现了基于组独立成分分析的功能连接网络构建与拓扑特性分析。对功能磁共振数据预处理后，选择脑区剖分模板，构建全脑静息状态功能连接网络。选择三种功能连接网络拓扑指标来分析网络变化，包括全局效率、特征路径长度和聚类系数。研究结果证实，与阿尔兹海默症相关的功能连接网络改变主要出现在颞区、扣带回和角区。 (3)基于二阶传递熵提取脑有效连接。采用二阶传递熵计算脑区间信息传递参数，构建有向连接网络，并分析了其拓扑特性，包括效率、聚类系数、模块化系数、节点出/入度。无需指定先验模型计算脑区间有效连接，量化不同脑块之间的定向信息传递量，并推断神经连接的因果关系，有助于脑网络协同工作机制研究。
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