一种用于fMRI的快速动态因果模型反演方法

1

作者 胡新航 吴海锋 曾玉 《现代电子技术》 北大核心 2025年第7期146-154,共9页

针对动态因果模型(DCM)在分析大脑有效连接时面临的高计算成本问题,提出一种结合广义线性模型(GLM)和稀疏DCM的算法,即广义稀疏DCM(GSD)算法。该算法在以下三个方面进行优化:首先,利用傅里叶变换的对称性将频域DCM的复数计算转换为实数... 针对动态因果模型(DCM)在分析大脑有效连接时面临的高计算成本问题,提出一种结合广义线性模型(GLM)和稀疏DCM的算法,即广义稀疏DCM(GSD)算法。该算法在以下三个方面进行优化:首先,利用傅里叶变换的对称性将频域DCM的复数计算转换为实数计算,降低计算复杂度;其次,应用GLM和滤波技术减少观测信号的干扰,提高参数估计的准确度;最后,定义新的代价函数来优化变分推断参数和滤波器参数,进一步提升参数估计的精度。该研究采用两组公开的功能核磁共振成像(fMRI)数据对GSD算法进行验证,包括仿真的史密斯小世界网络数据和运动与注意力实测数据。实验结果表明,GSD算法在保持与传统方法相近的参数估计性能的同时,能将计算时间降低50%以上。该研究成果为平衡模型的解释力和计算效率提供了新的视角,有望推动DCM在更广泛领域的应用。 展开更多

关键词 广义线性模型 动态因果模型 稀疏算法 有效连接 计算复杂度 模型解释力

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动态因果模型的基本原理及其在脑功能磁共振成像中的应用 被引量：4

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作者 贾传海 张志强 卢光明 《中国医学影像技术》 CSCD 北大核心 2009年第1期149-152,共4页

当前对人脑各功能区间的动态功能连接和整合问题的研究日趋深入、广泛。大脑作为一个非线性动态系统,由于多因素间的相互影响,单一的分析方法难以对其复杂的认知过程进行充分解释。以往局限于简单的脑功能定位的研究方法存在其局限性,... 当前对人脑各功能区间的动态功能连接和整合问题的研究日趋深入、广泛。大脑作为一个非线性动态系统,由于多因素间的相互影响,单一的分析方法难以对其复杂的认知过程进行充分解释。以往局限于简单的脑功能定位的研究方法存在其局限性,无法适应当前研究的需要。开展对有效连接的研究有助于深入理解人脑在系统水平上的动态运作方式,是目前乃至今后认知神经科学的重要发展方向。在此背景下,作为评价有效连接的一种新方法,动态系统的数学模型——动态因果模型正被广泛关注,并将在基础研究、临床应用、特别是神经传导通路方面获得广泛应用。 展开更多

关键词 磁共振成像 动态因果模型 有效连接

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基于动态因果模型的运动执行和运动想象脑网络研究 被引量：5

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作者 高晴 陈华富 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期457-460,共4页

利用动态因果模型,分析右手运动执行和想象过程中功能磁共振实验数据对侧初级运动皮层(M1)和双侧辅助运动区(SMA)的动态功能网络,发现了左侧SMA在右手运动执行和运动想象过程中的主导作用,以及运动想象过程中左侧SMA对左侧M1的抑制作用... 利用动态因果模型,分析右手运动执行和想象过程中功能磁共振实验数据对侧初级运动皮层(M1)和双侧辅助运动区(SMA)的动态功能网络,发现了左侧SMA在右手运动执行和运动想象过程中的主导作用,以及运动想象过程中左侧SMA对左侧M1的抑制作用;进一步分析了运动执行和想象过程的动态功能网络的差异,发现了实验刺激模式在两种不同的动态网络中对激活脑区的激活和抑制作用的转化,揭示了运动执行和想象动态功能网络转换的神经机制。 展开更多

关键词 动态因果模型 磁共振成像 运动执行 运动想象

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应用动态因果模型研究阅读神经网络背、腹侧通路的协作机制 被引量：3

4

作者 王小娟 赵荣 杨剑峰 《心理科学进展》 CSSCI CSCD 北大核心 2015年第5期737-744,共8页

在神经网络的最新取向下,探讨阅读脑机制中背侧和腹侧通路的协作机制,是解决语言认知神经科学多个理论问题共同面临的焦点。本项目拟通过两个脑功能成像实验,建构汉字阅读的动态因果模型,系统地考察汉字阅读的神经网络,以及阅读网络中... 在神经网络的最新取向下,探讨阅读脑机制中背侧和腹侧通路的协作机制,是解决语言认知神经科学多个理论问题共同面临的焦点。本项目拟通过两个脑功能成像实验,建构汉字阅读的动态因果模型,系统地考察汉字阅读的神经网络,以及阅读网络中背、腹侧通路的协作机制。实验一利用快速适应实验范式的优点,识别和考察汉字阅读涉及的认知成分所对应的功能脑区,以及脑区联结形成的神经回路,并建构汉字阅读的动态因果模型;实验二进一步考察在刺激属性(语音和语义信息)和任务要求下阅读脑区的动态激活及相互作用。通过不同任务下的模型对比,重点探讨阅读网络的脑区联结模式变化,尤其是背、腹侧通路受刺激和任务影响时的协作机制。研究结果将为揭示阅读的神经生理模型、解决语言特异性脑区激活的争论等理论问题提供直接的证据,还能为语言教学、阅读障碍矫治、以及临床应用提供理论基础与指导。 展开更多

关键词 视觉词汇阅读 动态因果模型 背侧和腹侧通路

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应用两阶段遗传算法优化求解动态因果模型 被引量：1

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作者 张彬 邓红霞 李海芳 《计算机应用与软件》 CSCD 北大核心 2014年第4期278-280,292,共4页

动态因果模型是分析脑区间有效连接最有效果的方法。针对经典遗传算法在搜索最优动态因果模型DCM(Dynamic Causal Models)的后期,变异幅度过大这一缺陷进行改进,提出两阶段遗传算法。利用网上的真实数据集实验表明,相对于经典遗传算法,... 动态因果模型是分析脑区间有效连接最有效果的方法。针对经典遗传算法在搜索最优动态因果模型DCM(Dynamic Causal Models)的后期,变异幅度过大这一缺陷进行改进,提出两阶段遗传算法。利用网上的真实数据集实验表明,相对于经典遗传算法,两阶段遗传算法计算结果更优越。 展开更多

关键词 动态因果模型(DCM) 经典遗传算法 两阶段遗传算法

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人脑默认网络方向图:基于7TfMRI的动态因果模型 被引量：1

6

作者 张献昌 薛蓉 左真涛 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2018年第5期536-543,共8页

近年来,默认网络是认知神经科学领域的研究热点之一,已有研究报告它可能参与了多种认知活动,而且某些精神疾病也与其异常活动相关.但默认网络内主要脑区之间的有向连接关系(有效连接模式)尚不明确.本研究使用国际前沿的谱动态因果模型算... 近年来,默认网络是认知神经科学领域的研究热点之一,已有研究报告它可能参与了多种认知活动,而且某些精神疾病也与其异常活动相关.但默认网络内主要脑区之间的有向连接关系(有效连接模式)尚不明确.本研究使用国际前沿的谱动态因果模型算法,基于7T高分辨率静息态功能磁共振数据,对默认网络4个核心脑区之间的有效连接模式进行了探索.实验结果发现,默认网络内后扣带回接受内侧前额叶、双侧顶下叶的信息输入,可能扮演着信息集合中心的角色,而双侧顶下叶对内侧前额叶、后扣带回都有信息输入,在默认网络内可能起到信息驱动和调节的功能.本研究首次报道了基于7T功能磁共振数据得到的默认网络有向连接图谱,对于我们更深入理解默认网络的功能具有帮助,对相关精神疾病的研究具有潜在的参考应用价值. 展开更多

关键词 默认网络 有效连接 7T 谱动态因果模型

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基于神经元集群模型的动态因果模型算法综述 被引量：1

7

作者 李双燕 岳宣雅 +1 位作者 王龙龙 徐桂芝 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期740-749,共10页

大脑是人体最复杂的器官,各个脑区之间的连接构成了复杂的功能性网络系统,脑网络连接特征的变化与脑的生理病理状态密切相关。近年来,脑网络构建与分析算法成为计算神经科学领域的研究热点之一。在众多脑网络分析方法中,动态因果模型(D... 大脑是人体最复杂的器官,各个脑区之间的连接构成了复杂的功能性网络系统,脑网络连接特征的变化与脑的生理病理状态密切相关。近年来,脑网络构建与分析算法成为计算神经科学领域的研究热点之一。在众多脑网络分析方法中,动态因果模型(DCM)由于具有生物物理合理性在探索神经网络的有效连接特性中得到了广泛关注。从基本原理、神经元集群模型和应用等方面对DCM进行综述。首先,介绍DCM的基本原理,并以基于卷积和基于电导的两类神经元集群模型为例,对DCM算法的关键组成——神经生物学模型的建模思想、原理及发展进程进行回顾;然后,综述近年来DCM在认知功能和疾病病理等相关神经信号分析领域的应用,指出DCM有望成为探索脑功能整合机制的方法;最后,结合近几年DCM算法的研究进展及其局限性进行总结和展望。 展开更多

关键词 动态因果模型 神经元集群模型 有效连接 神经信号 脑网络

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动态因果模型在脑网络研究中的应用进展 被引量：3

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作者 梁赛兰 王多琎 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期86-99,共14页

大脑各功能区之间的有效连接是脑科学研究领域的一个重要内容。研究在不同情形下相关脑区之间有效连接所构成的大脑网络,对于全面理解大脑的功能机制,治疗各种与大脑相关疾病,开发脑功能具有重要意义。动态因果模型是一种分析大脑有效... 大脑各功能区之间的有效连接是脑科学研究领域的一个重要内容。研究在不同情形下相关脑区之间有效连接所构成的大脑网络,对于全面理解大脑的功能机制,治疗各种与大脑相关疾病,开发脑功能具有重要意义。动态因果模型是一种分析大脑有效连接的优势方法。结合功能性磁共振成像、脑电、近红外脑功能成像等3种检测技术,综述动态因果模型的相关研究。动态因果模型在功能性磁共振成像中的应用涉及脑卒中、认知神经科学和精神疾病相关的脑网络研究;脑电相关动态因果模型的应用主要涉及认知神经科学以及与精神分裂症、阿尔兹海默症、癫痫、帕金森等疾病相关的内容;目前动态因果模型在近红外脑功能成像中的应用还较少,主要涉及认知神经科学研究。最后,对这3种技术进行了比较和展望。 展开更多

关键词 动态因果模型 脑网络 功能性磁共振成像 脑电 近红外脑功能成像

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人脑功能连通性研究进展 被引量：18

9

作者 邸新 饶恒毅 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2007年第1期5-12,共8页

对人脑结构和功能的深入研究,已经要求脑成像技术不能仅仅局限于研究简单的脑功能定位问题,即寻找和定位与特定认知任务相关的某一块或者一组大脑皮层功能区,而必须研究分析各功能区间的动态功能连通和整合问题,即描述特定脑功能区域间... 对人脑结构和功能的深入研究,已经要求脑成像技术不能仅仅局限于研究简单的脑功能定位问题,即寻找和定位与特定认知任务相关的某一块或者一组大脑皮层功能区,而必须研究分析各功能区间的动态功能连通和整合问题,即描述特定脑功能区域间的交互作用以及这些交互作用如何受认知任务的影响.已有几种非常规的脑成像技术和数据分析方法,包括时间相关性分析、心理生理交互作用(PPI)、结构方程模型(SEM)、动态因果模型(DCM)、弥散张量成像(DTI)等等,被成功用于人脑功能连通性和有效连通性的研究.脑功能连通性研究的发展,有利于深入理解人脑在系统水平上的动态运作方式,是今后认知神经科学发展的一个重要方向. 展开更多

关键词 脑功能成像 功能连通性 有效连通性 心理生理交互作用 结构方程模型 动态因果模型

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虚幻面孔加工有效连通网络的非线性DCM分析 被引量：2

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作者 李军 赵继政 +2 位作者 冯璐 石光明 梁继民 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期69-75,共7页

采用让被试从纯噪声图片中产生虚幻面孔的实验范式来实现面孔top-down加工激活模式的提纯,并使用神经理论基础更为完善的非线性动态因果模型(DCM)来分析top-down方式下虚幻面孔加工有效连通脑网络.所得到的最优脑网络模型表明,枕部面孔... 采用让被试从纯噪声图片中产生虚幻面孔的实验范式来实现面孔top-down加工激活模式的提纯,并使用神经理论基础更为完善的非线性动态因果模型(DCM)来分析top-down方式下虚幻面孔加工有效连通脑网络.所得到的最优脑网络模型表明,枕部面孔区(OFA)在虚幻面孔加工中是关键的面孔信息生成器,它能够被顶下小叶(IPL)施加在其上的top-down注意力所调节,实现在纯噪声图片中检测出类似于面孔的特征信息,然后提供给梭状回面孔区(FFA)作进一步的面孔整体信息加工. 展开更多

关键词 非线性分析 动态因果模型 神经网络 top—down 有效连通

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汉字阅读的语义神经回路及其与语音回路的协作机制 被引量：4

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作者 杨剑峰 党敏 +1 位作者 张瑞 王小娟 《心理科学进展》 CSSCI CSCD 北大核心 2018年第3期381-390,共10页

从神经网络的角度研究词汇阅读的大脑神经机制,需要揭示语义和语音神经回路的动态协作机制,而语义加工神经回路是探讨该问题的一个亟待解决的瓶颈问题。利用汉字表义的独特性,以形旁语义作用的神经机制为切入点,计划开展的4个fMRI实验... 从神经网络的角度研究词汇阅读的大脑神经机制,需要揭示语义和语音神经回路的动态协作机制,而语义加工神经回路是探讨该问题的一个亟待解决的瓶颈问题。利用汉字表义的独特性,以形旁语义作用的神经机制为切入点,计划开展的4个fMRI实验拟探讨汉字阅读的语义神经回路及其与语音回路的动态协作机制。实验1利用多参数相关分析技术,识别与汉字语义和语音属性相关的功能脑区;实验2和实验3集中考察形旁语义加工的大脑神经机制,深入探讨形旁语义作用的实质,揭示汉字阅读中语义加工的神经回路;实验4通过建构汉字阅读的动态因果模型,考察在刺激驱动和任务调节下,阅读相关脑区联结模式的动态变化,阐明语义和语音神经回路的相互协作机制。研究结果将从跨语言的角度,阐明阅读神经网络的内部动态机制,为联结主义理论提供神经生理方面的直接证据;并为基于脑科学的教育教学和阅读障碍矫治等实践应用提供理论依据。 展开更多

关键词 视觉词汇阅读 语义加工 语音加工 FMRI 多参数相关分析 动态因果模型

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正常人眼睫状肌不同调节负荷下的大脑皮层激活状态 被引量：2

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作者 吕小利 陈义磊 +1 位作者 谭文莉 缪晚虹 《实用医学杂志》 CAS 北大核心 2023年第6期706-712,共7页

目的 探讨正常人眼不同调节负荷下的大脑皮层激活状态、功能脑网络及脑区间有效连接关系。方法 选择正常受试者33例,进行任务态功能核磁共振扫描,基于MATLAB平台的SPM12、GroupICATv4.0a软件包进行影像数据预处理和后续分析。使用单样本... 目的 探讨正常人眼不同调节负荷下的大脑皮层激活状态、功能脑网络及脑区间有效连接关系。方法 选择正常受试者33例,进行任务态功能核磁共振扫描,基于MATLAB平台的SPM12、GroupICATv4.0a软件包进行影像数据预处理和后续分析。使用单样本t检验分析正常人群调节相关脑激活模式;运用Informax算法将数据分解为独立的空间成分,提取任务对应的成分,分析相关的功能脑网络;基于动态因果模型分析任务激活区之间的有效连接,明确相应脑区的有效连接关系。应用体素水平阈值P <0.001,FWE团块水平P≤0.05为多重比较校正方法。结果 正常人眼-3D和-6D调节刺激下的大脑激活信号表明,支配睫状肌的神经信号所涉及的大脑皮层区域广泛,有枕叶、颞叶、小脑、边缘叶、丘脑、顶叶和额叶,且正常人眼不同调节负荷下大脑激活的区域和强度均有变化;参与调节任务态相关的功能脑网络,主要为视觉网络、小脑网络和注意网络;各脑区间有效连接分析初步表明,参与调节的回路有2个,分别是枕叶、小脑与顶叶组成一个神经环路,枕叶、小脑和额叶组成一个神经环路,丘脑为信息传导中介。结论 参与大脑加工调节信号的区域较广,涉及多个脑区,多个脑网络,2个神经回路;不同调节负荷下脑激活的区域和强度均有差异。 展开更多

关键词 任务态 功能核磁共振 睫状肌 脑网络 动态因果模型

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