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Cerebral Cortex|认知和基于结构协方差结构形态连接的性别差异:来自UK Biobank大样本量的证据

摘要:有证据表明,在特定领域的认知存在性别差异,女性通常在言语记忆方面表现出优势,而男性往往在空间记忆方面表现得更好。大脑连通性的性别差异得到了充分的记录,可能为这些差异提供了见解。在这项研究中,我们研究了来自英国生物银行的大型健康样本的认知和结构协方差的性别差异,作为形态测量连通性的指标。正如预测的那样,女性表现出更好的言语记忆,而男性表现出空间记忆优势。女性也表现出更快的处理速度,在执行功能上没有观察到性别差异。相对于女性,男性表现出更高的整体效率,以及更高的两个半球的区域协方差。这些发现有助于更好地理解生物性别和认知差异如何与图形论方法衍生的形态测量连通性相关。

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脑电连通性:优化研究设计和评估的基本指南和检查清单

对于EEG数据有多种分析方法来评估大脑连通性。然而,连通性方法的实施存在很大的异质性。连通性测量、数据收集或者数据预处理的概念化的异质性可能与测量稳健程度的易变性有关。虽然使用不同EEG连通性测量的研究之间很难进行比较,但标准化的处理和报告可能有助于解决这个问题。本文讨论了重参考、epoch的长度和数量、容积传导的控制、伪迹去除、多重比较的统计控制等因素如何影响连通性测量的EEG连通性评估。基于先前的研究,本文提出了相关建议和新的检查清单用于EEG连通性研究的质量评估。该检查清单和建议旨在提请注意那些可能影响连通性评估的因素以及未来研究中需要改进的因素。EEG连通性程序和报告的标准化可能使得EEG连通性研究更具可综合性[如,用于元分析研究]和可比性,尽管连通性评估的方法上存在差异。

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Molecular Psychiatry:家庭收入对儿童脑功能连接的影响

摘要:较高的家庭收入F1与较大的皮质灰质体积和儿童认知能力的提高有关。然而,人们对Fl对大脑功能和结构连接的影响知之甚少。本横断面研究调查了Fl对9-11岁儿童大脑连通性和认知表现的影响。低Fl与默认模式网络(DMN)、上下顶叶皮层和小脑后部的整体功能连接密度(gFCD)下降有关,而运动、听觉、外皮层视觉区和皮质下区域的gFCD增加有关。认知表现部分介导了语速与DMN连通性之间的关联,而DMN连通性不介导语速与认知表现之间的关联。相比之下,Fl与结构连通性之间没有显著关联。研究结果表明,较差的认知表现可能反映了多种因素(遗传、营养、父母互动的水平和质量以及教育暴露),导致低收入家庭儿童DMN功能连通性降低。需要后续研究来帮助澄清这是否会导致这些儿童随着年龄增长而结构连通性下降。

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基于连通性状态压缩的动态规划问题

基于连通性状态压缩的动态规划问题 基于状态压缩的动态规划问题是一类以集合信息为状态且状态总数为指数级的特殊的动态规划问题.在状态压缩的基础上,有一类问题的状态中必须要记录若干个元素的连通情况,我们称这样的问题为基于连通性状态压缩的动态规划问题,本文着重对这类问题的解法及优化进行探讨和研究. 本文主要从动态规划的几个步骤——划分阶段,确立状态,状态转移以及程序实现来介绍这类问题的一般解法,会特别针对到目前为止信息学竞赛中涌现出来的几类题型的解法作一个探讨.结合例题,本文还会介绍作者在减少状态总数和降低转移开销

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追踪任务期间fMRI功能连接的空间动态

功能磁共振成像(fMRI)测量的功能连通性(FC)为探索大脑组织提供了一个强有力的工具。脑组织的时间动力学研究表明,功能连接体具有很大的时间变异性,这可能与心理状态的转变和/或适应过程有关。大多数动态研究,如功能连接体和功能网络连接(FNC),都关注于宏观的FC变化,即不同脑网络来源、节点和/或感兴趣区域的时间相干性变化,其中假设在网络或节点内FC是静态的。在本文中,我们发展了一种新的方法来检查FC的空间动力学,而不假设其网络内的平稳性。我们将我们的方法应用于22名受试者的听觉oddball任务(AOD)中的fMRI数据,试图通过评估空间连通性是否随任务条件而变化来捕获/验证该方法。结果表明,除了参与传统的时间动态,如跨网络变异性或动态功能网络连通性(dFNC),连接网络还表现出随时间的空间变异性。此外,我们还通过聚类分析评估个体对AOD任务中目标(oddball)检测的功能对应关系,研究了FC的空间动态与认知过程的关系。提取认知任务对应状态,并分离对应状态的动态FC空间图。在不同的任务引导的状态下,任务刺激同步状态随着默认模式网络(defaultmode network, DMN)与认知注意网络强的负相关关系显著降低。我们还观察到越来越多的任务异步状态,这种状态表现出没有DMN的反相关。研究结果强调了认知任务对观察到的空间动态结构的影响。我们还发现,我们方法得到的FC空间动态模式与宏观dFNC模式基本一致,但在空间上有更多的细节和规范,同时源内部的连通性提供了新的信息,并随时间而变化。总的来说,我们证明了(通常被忽视的)连接的空间动力学存在的证据,它与任务的联系和认知/心理状态的暗示。

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北理工团队用机器学习分析大鼠在跑步机上“遮目”双足行走

大数据文摘转载自机器人大讲堂 让大鼠在跑步机上行走,这是要作甚? 受环境因素的影响,如低光环境,动物在行走时可能无法视觉观测到地形的变化,这使得它们需要调整自己的动作来适应不可预测的地形。 随着神经科学的发展,越来越多的研究表明大脑皮层在动物对意外干扰的反应中起着重要作用,但科学家对这一过程中皮层区域之间的功能网络知之甚少。 北理工大鼠实验 为了研究这个问题,北京理工大学的研发团队训练了六只视力受阻的大鼠在跑步机上行走(跑步机上有一个随机的不平坦区域),研究人员记录了大鼠的全脑脑电图信号,并使用相位滞后

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Cerebral Cortex:老年人生活方式与脑功能连接的关系及其与认知能力下降的联系

本研究探讨了参与不同生活方式活动与大范围脑功能网络连接的关系,以及网络连接是否独立于脑淀粉样蛋白水平而改善认知能力下降。参与者(N = 153,平均年龄= 69岁,包括N = 126淀粉样蛋白成像)在完成静息状态功能磁共振成像、生活方式活动问卷和认知测试后,认知正常。他们每年接受长达5年的认知测试(平均= 3.3年)。线性回归表明,认知活动参与与背侧注意网络内的连接,以及身体活动水平与默认模式、边缘和额顶叶控制网络内的连接以及全局网络内连接之间存在正相关关系。此外,较高的认知和身体活动水平与较高的网络模块化(功能网络专业化的衡量指标)独立相关。这些相关性在很大程度上独立于APOE4基因型、淀粉样蛋白负担、全脑萎缩、血管风险和认知储备水平。此外,背侧注意、默认模式和边缘网络的高连通性,以及更大的全局连通性和模块化与认知能力下降相关,与APOE4基因型和淀粉样蛋白负担无关。这些发现表明,大脑功能连接的变化可能是生活方式活动减少认知能力下降的机制之一。

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Cerebral Cortex:疼痛诱发的功能脑网络重组

最近的研究表明,慢性疼痛患者的大脑网络可能发生重大的重组,但即时疼痛体验如何影响大规模功能网络的组织尚不清楚。为了研究这个问题,我们对106名同时经历有害和无害发热的参与者进行了功能性磁共振成像。疼痛刺激引起的脑连接的网络重组与无痛刺激和标准静息状态网络的组织结构有本质上的不同。有害刺激增加了躯体感觉网络与(a)参与情境表征的额顶叶网络、(b)参与动机行为选择的腹侧注意网络区域以及(c)基底神经节和脑干区域的连接。这导致了小世界性、模块化(更少的网络)和全球网络效率的降低,并出现了一个整合的疼痛超级系统(PS),其活动预测了5个参与者群体中疼痛敏感性的个体差异。网络枢纽被重组(枢纽中断),以便更多的枢纽在PS中被定位,并且从连接不同网络的连接器枢纽转向连接PS内区域的省级枢纽。我们的发现说明大尺度脑系统网络结构的重组,这些变化可能会优先考虑对疼痛事件的反应,并在疼痛过程中提供伤害性系统认知和行动的中央控制的特权访问。

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Cerebral Cortex:静息态fMRI功能连接可以预测男女关系的相容性

即使在信息技术显著发展的情况下,基于自我报告的特征和偏好来预测异性恋个体最初的相容性也并不成功。为了克服自我报告测量和预测相容性的局限性,我们使用了来自静息状态功能磁共振成像(fMRI)数据的功能连接,这些数据携带丰富的个体特异性信息,足以预测社会认知任务中的心理构建和激活模式。在从静息态功能磁共振成像(fmri)中收集数据的几天后,参与者进行了一个快速约会实验,在这个实验中,他们与其他所有异性参与者进行3分钟的快速约会。我们的机器学习算法成功地预测了实验中的成对是否兼容,使用实验前获得的功能连接的(不)相似性。个体之间功能连接的相似性和差异性以及这些多元关系有助于预测,因此表明了互补性(观察到的差异性)的重要性,以及个体与潜在伴侣在最初吸引阶段的相似性。结果表明,突显网络、边缘区域和小脑对相容感尤为重要。这项研究强调了神经信息在社会环境中预测复杂现象的效用,而单凭行为测量是无法预测的。

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大规模电生理网络动力学

多年来,人们一直认为神经同步对认知至关重要。不同神经群之间的同步时间模式承载的信息超越了这些群的孤立活动,这一观点引发了功能性神经成像领域的焦点转移。具体来说,对某些刺激或任务引起的某些区域内的激活的研究,在一定程度上已经让位于对远端区域之间的共激活模式或功能连接的分析。最近,功能连接学界已经超越了早期工作所基于的平稳性假设,并引入了将时间动态纳入连接分析的方法。特别是,非侵入性电生理数据(脑磁图/脑电图(MEG/EEG))可以直接测量全脑活动和丰富的时间信息,为了解这种(潜在的快速)大脑动态提供了一个特殊的窗口。在本文中,我们讨论了挑战、解决方案以及近年来开发的一系列分析工具,这些工具有助于利用这些成像方式研究动态功能连接。进一步,我们讨论了这些方法在认知和神经精神障碍研究中的应用。最后,我们回顾了一些现有的发展,通过使用现实的计算模型,追求对非平稳连通性的潜在原因的更深入的理解。本文发表在NeuroImage杂志。

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图像的代数连通性的边缘差分隐私 (CS Cryptography and Security)

在建模多主体系统中,图像是其中主导的形式。图像的代数连通性特别重要,因为它给出了共识算法的合流速度,而共识算法正是众多多智能体控制和优化技术的基础。但是,代数连通值的共享可能会无意间泄露有关图像拓扑算法中的敏感信息,例如在社交网络中的连接。因此,我们在这项工作中提出了一种基于图论形式的差分隐私(称为边缘差分隐私)下发布图像的代数连通性的方法。边缘差分隐私掩盖了图像边缘集之间的差异,进而掩盖了其中不存在或存在敏感连接的情况。我们为有界的拉普拉斯噪声提供了保密性,与传统的无界噪声相比,它可以提高准确性。有分析显示私有代数连通值可以给出对共识收敛速度的准确估算,以及图像直径及其节点之间的平均距离的准确界限。在模拟的结果中也反映了在这些情况下私有代数连通性的实用性。

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NC:脑白质BOLD功能连通性的颅内电生理及结构基础

虽然功能性磁共振成像(fMRI)研究主要集中在灰质上,但最近的研究一致发现,血氧水平依赖(BOLD)信号可以在白质中可靠地检测到,功能连接(FC)已被组织成白质中的分布式网络。然而,尚不清楚这种白质FC是否反映了潜在的电生理同步。为了解决这个问题,我们使用了16例耐药癫痫患者的颅内立体脑电图(SEEG)和静息状态功能磁共振成像(fMRI)数据。我们发现BOLD FC与SEEG FC在白质中相关,并且这一结果在每个参与者的广泛频段范围内是一致的。通过纳入扩散谱成像数据,我们还发现SEEG和fMRI的白质FC与白质结构连通性相关,表明解剖纤维束是白质功能同步的基础。这些结果为白质BOLD FC的电生理和结构基础提供了证据,它可能是精神和神经疾病的潜在生物标志物。

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Biological Psychiatry:抑郁症,神经影像学和连接组学

抑郁症是一种全球流行的精神疾病,以情感、认知和躯体症状为特征。神经心理学研究表明抑郁症患者在执行功能、记忆和情绪处理方面存在障碍。神经影像学研究表明,抑郁症患者的大脑区域(2-4个)表现出局灶性功能和结构异常,这些脑区涉及:海马、内侧前额叶(MPFC)、背外侧前额叶(DLPFC)、前扣带回(ACC)、后扣带回/楔前叶(PCC/PCU)、杏仁核和尾状核。相关研究也说明了区域间的异常功能联系,涉及默认网络(DMN)、ACC-丘脑、和前额叶-丘脑;前额区域之间的结构协变;以及下纵束、下额枕束、丘脑后辐射和胼胝体的解剖连接,这表明抑郁症会导致多个神经元回路中大脑连接的改变。

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[物联网] 3.1 设备--通向现实世界的接口

为什么要学习设备的相关知识 经过前两章的学习,想必各位读者已经掌握物联网这个词描绘出的世界和用于实现物联网的系统架构了。基于这点,这一章将会为大家介绍在物联网世界中起着核心作用的因素,即设备的相关知识。 可能有人会觉得自己没有必要学习设备的机制,但是,请这样认为并想赶快读完本章的读者稍稍放慢速度,因为本章正是为了那些以往没有从事过设备开发的读者们编写的。 而且,所有的工程师都有必要加深对设备的理解,因为这关系到“连通性”给设备开发带来的变化。这里我们就先来看看这些变化。 连通性带来的变化 很显然,智能手机和随身听等伴随大家日常生活的设备都是由硬件和软件组成的。硬件经过了精致的设计,软件则用来控制硬件。设备开发的本质就是在最大限度上实现硬件和软件的完美配合。 对于平日里从事 Web 应用程序开发的各位软件工程师来说,提到设备开发,或许大家就会有一种敬而远之的感觉。在考虑独立开发某种设备的时候,肯定会有人担心以下这些问题。 ● 是否需要对硬件有深入的了解 ● 开发设备控制软件是否需要专业知识 ● 开发硬件是否需要特殊的开发环境 就结论而言,这些问题的答案很统一:需要。就像大多数人都知道的那样,用于控制设备的软件有一个明确的种类,那就是“嵌入式软件”。开发嵌入式软件需要极强的专业性,即使是在物联网的世界,这一本质也基本没有什么变化。 那么,物联网会带来哪些改变呢?解开这个问题的关键词就是“连通性”。连通性一词表示的是机器和系统间的相互连接性和结合性。物联网设备试图经由网络来“连接”外部系统,并通过以下技术革新让以往人们无法想象的一些设备都具备了连通性(图 3.1)。 ● 硬件的进化使设备的小型化和高级化得以发展 ● 能够在广域条件下轻易地利用高速度 / 高品质网络的环境得以实现

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