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脑网络的小世界属性

自小世界网络的概念被首次使用高聚类系数和短路径长度的结合被定量定义以来,已经过去了将近20年;大约10年前,作为连接组学新领域快速发展的一部分,这种复杂网络拓扑度量开始广泛应用于神经影像和其他神经科学数据的分析。本文简要回顾了图论方法和小世界网络生成的基本概念,并详细考虑了最近使用高分辨率轨迹追踪方法绘制猕猴和小鼠解剖网络的研究的意义。在本文章中需要区分二进制或未加权图的拓扑分析和加权图的拓扑之间的重要方法区别,前者在过去为脑网络分析提供了一种流行但简单的方法,后者保留了更多的生物学相关信息,更适合于先进的图分析和其他成像研究中出现的越来越复杂的脑连接数据。最后,本文强调了加权小世界进一步发展的一些可能的未来趋势,将此作为哺乳动物皮层各区域之间强弱联系的拓扑和功能价值研究的一部分进行了更深更广泛的讨论。本文发表在The Neuroscientist杂志。

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Must Know! 数据科学家们必须知道的 5 种聚类算法

聚类是一种关于数据点分组的机器学习技术。给出一组数据点,我们可以使用聚类算法将每个数据点分类到特定的组中。理论上,同一组中的数据点应具有相似的属性或特征,而不同组中的数据点应具有相当不同的属性或特征(即类内差异小,类间差异大)。聚类是一种无监督学习方法,也是一种统计数据分析的常用技术,被广泛应用于众多领域。 在数据科学中,我们可以通过聚类算法,查看数据点属于哪些组,并且从这些数据中获得一些有价值的信息。今天,我们一起来看看数据科学家需要了解的 5 种流行聚类算法以及它们的优缺点。 一、K 均值聚类 K-

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可视化算法VxOrd论文研读

摘要 本文介绍了一种适合挖掘超大型数据库的聚类和排序ordination算法,包括微阵列表达式研究microarray expression studies产生的数据库,并对其稳定性进行了分析。 在实际条件下,利用一个酵母细胞周期实验,对6000个基因进行实验,并对每个基因进行18个实验测量。 将数据库对象分配X、Y坐标及顺序的过程,在随机启动条件下,以及在开始相似度估计中对小扰动的处理是稳定的。 对聚类通常共同定位的方式进行了仔细的分析,而在不同的初始条件下偶尔出现的大位移则被证明在解释数据时非常有用。 当只报告一个聚类时,就会丢失这种额外的稳定性信息,这是目前已被接受的实践。 然而,在分析大型数据收集的计算机聚类时,人们认为这里提出的方法应该成为最佳实践的标准部分。

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作为一种连续现象的EEG微状态

近年来,脑电微状态分析作为一种描述大规模电生理数据时空动态性特征的工具得到了广泛的应用。脑电微状态被认为存在两种假设:(1)“胜者为王”,即任何给定时间点的地形图都处于一种状态;(2)从一种状态离散地转换到另一种状态。在本研究中,我们从脑电数据的几何角度研究了这些假设,将微状态地形作为原始通道空间子空间的基向量。我们发现,微状态内和微状态间的距离分布在很大程度上是重叠的:对于低全局场强 (GFP)范围,标记为一个微状态的单个时间点通常与多个微状态向量等距,这挑战了“胜者为王”的假设。在高场强下,微状态的可分性有所改善,但仍然较弱。虽然许多GFP峰(用于定义微状态的时间点)出现在高GFP范围内,但与较差可分性相关的低GFP范围也包含GFP峰。此外,几何分析表明,微状态及其跃迁看起来更像是连续的,而不是离散的,传感器空间轨迹变化率的分析显示了渐进的微状态转变。综上所述,我们的发现表明,脑电微状态被认为在空间和时间上是连续的更好,而不是神经集群的离散激活。 1.背景 基于脑电地形图具有准稳定模式的发现,研究人员描述这些稳定的地形图为脑电微状态。脑电微状态分析被认为是研究许多认知过程的神经特征的有效方法,也是研究脑电动态性并将之与认知和疾病联系起来的一种有效的方法。 当前的微状态模型基于两个关键假设,其中之一就是在任何时间点都存在一个单一的状态,即“胜者为王”原则。在脑电数据的几何角度下,M通道脑电数据集可以概念化为M维空间,每个时间点的地形对应于该M维空间中的一个坐标。微状态分析也可以看作是一种降维技术,它将每个微状态概念化为一维子空间,即表征为传感器空间中的向量。目前,将脑电数据紧密分布在(少量)微状态向量周围的假设称为离散性假设。如果微状态分析的离散性假设成立,那么与每个微状态相关的数据点应该紧密地分布在其父向量的周围,并且快速过渡到另一个微状态。 本研究使用标准微状态分析并结合经验和仿真数据的正交投影距离来表明,在传感器空间中,一个微状态内的时间点不一定局限于其父微状态向量周围。相反,单个时间点的地形图可以接近于多个微状态,并且取决于全局场功率,并且随着时间的推移而平滑地改变。因此,本研究表明,时空离散性的假设可能不能准确地捕捉到微状态的本质。此外,我们还证明了主成分分析可以用来可视化3D中的数据分布,因为它保留了不同聚类之间和聚类内的距离。 2.材料与方法 2.1 数据描述 本研究中,我们分析了两个数据集。我们使用了68名对照组和46名抑郁症/高BDI组,数据以500 Hz重新采样。 2.2 实验装置 使用64通道神经扫描系统记录数据,电极布置符合10-10国际系统。 2.3 数据分析 使用MATLAB中的EEGLAB工具箱导入数据进行分析。这些数据最初有66个通道,其中60个通道被保留下来进行分析。在进一步分析之前进行平均参考。然后,对数据进行1-30 Hz的带通滤波。执行ICA后手动清理数据。去除无关的伪影成分。 2.4 微状态分析 微状态分析算法包括以下步骤: (1)我们使用L1范数来计算GFP。这产生了GFP的时间序列,它反映了随着时间推移地形中的总能量(图1A-B)。 (2)GFP(t)的局部最大值被送到改进的k-均值聚类算法(步骤3-7)(图1C)。我们选择了四个聚类进行分析。 (3)聚类过程从随机选择n个模板图开始,其中n是聚类或微状态图的数量。 (4)利用GFP峰值数据计算n个模板图的空间相关性。取空间相关性的绝对值确保结果不依赖于地形图极性。 (5)计算模板图的解释方差。 (6)重新定义模板图,通过从每个聚类中提取所有地形图的第一主成分来实现。 (7)重复步骤4至6,直到解释方差不随迭代次数增加而改善。 (8)选择一组新的n个随机选择的模板图,并重复步骤3到7。最后,选择解释方差最大的一组模板图作为最终的微状态向量。

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