小世界腦網(wǎng)絡(luò)的模擬及應(yīng)用研究.pdf

1、現(xiàn)實(shí)中許多復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)都具有小世界拓?fù)洌憩F(xiàn)為局部連接緊密成簇，并且任意兩點(diǎn)間具有短的路徑長(zhǎng)度。因?yàn)樾∈澜缤負(fù)淠軌蛲瑫r(shí)支持特化的和整合的信息處理，所以小世界特性參數(shù)，也就是簇系數(shù)和平均路徑長(zhǎng)度，已經(jīng)成為描述和分析腦解剖和功能網(wǎng)絡(luò)的有效工具。本文從結(jié)構(gòu)和功能兩個(gè)方面，應(yīng)用模擬和實(shí)證兩種方法對(duì)復(fù)雜腦網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究。論文共包括6章，第2章到第5章是我們的主要工作，其中第2到4章對(duì)腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的小世界特性及其演化機(jī)制進(jìn)行了模擬，第5章應(yīng)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理

2、論對(duì)基于功能核磁共振成像的漢字默讀任務(wù)的腦激活網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了實(shí)證研究。 首先，以真實(shí)人腦空間中的“體素”為節(jié)點(diǎn)，以兩點(diǎn)間空間路徑長(zhǎng)度的冪律函數(shù)為概率，構(gòu)建腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型。模擬網(wǎng)絡(luò)具有皮層連接的主要特征，即小世界拓?fù)浜投嘀卮亟Y(jié)構(gòu)。此外，該網(wǎng)絡(luò)具有正匹配度。分析表明，人腦的特殊結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)生這些結(jié)果起到了重要作用。 其次，從宏觀層面(腦區(qū))對(duì)腦網(wǎng)絡(luò)小世界的產(chǎn)生及其最大化的限制因素進(jìn)行研究。通過(guò)一種圖選擇方法，對(duì)大尺度短尾猴皮層網(wǎng)絡(luò)的

3、演化進(jìn)行模擬。結(jié)果表明，復(fù)雜度的最大化可以產(chǎn)生小世界拓?fù)?，但也限制了小世界指?shù)的最大化。分析指出，模塊化的組織結(jié)構(gòu)和對(duì)較強(qiáng)抗攻擊能力的需求可能是小世界指數(shù)最大化的兩個(gè)限制因素。 再次，從微觀層面(神經(jīng)元)研究影響神經(jīng)連接呈現(xiàn)小世界特性且最小化配線長(zhǎng)度的因素。基于不同大小神經(jīng)元在數(shù)量上的不均勻分布，以及距離優(yōu)先和大神經(jīng)元優(yōu)先兩種連邊機(jī)制，在二維空間上模擬腦網(wǎng)絡(luò)。結(jié)果表明，結(jié)合異質(zhì)神經(jīng)元的不均勻分布，大神經(jīng)元優(yōu)先連接可以產(chǎn)生具有高簇