论文部分内容阅读
静息态网络是近20年来提出的新概念，这一领域的研究致力于理解静息状态条件下能量消耗占大脑总能耗的95％以上的默认模式网络对大脑的贡献。默认模式网络与许多退行性神经疾病有关。正常的认知功能是否能实现，依赖于默认模式网络的功能是否能良好地执行。理解默认模式网络的工作机制对于科学家们全面地理解脑有着很大的裨益。静息态脑网络理论认为，大脑中存在任务正激活网络与任务负激活网络(默认模式网络)，它们之间互相拮抗。但是目前为止，科学家们仅仅从神经科学实验的角度证明了该理论。本文提出了一个神经计算模型，它能够从数值仿真的角度证明该理论。工作记忆网络就是一种典型的任务正激活网络。本文的仿真实验结果表明:1)任务正网络与任务负网络之间在神经活动上呈现出拮抗关系;2)伴随着工作记忆刺激方向数目的增加，任务负网络神经活动的衰减程度会随之增大;3)当工作记忆相关的脑区其神经活动增加的时候，任务负网络的神经活动是减少的;4)并且随着工作记忆任务难度的增加，任务负网络的神经活动会迅速衰减。表明本文提出的神经网络模型可以解释默认模式网络与工作记忆网络之间的拮抗关系。仿真结果证明了默认模式网络与工作记忆网络是相互抑制的假设是科学的。 静息态功能连接作为当前静息态大脑研究中使用的主要实验技术手段，在帮助科学家们理解大脑方面起着举足轻重的作用。为了能够在今后将计算神经科学的仿真数据与实验神经科学的实验数据更好地进行对比，也为了能够更好地从计算神经科学的角度研究大脑。需要从计算模型的角度，通过数值仿真的方法模拟出静息态功能连接。因此，本文的另一部分工作就是利用数值仿真的方法，使用kuramoto模型和Balloon/Windkessel模型模拟出静息态的功能连接。本文的仿真结果表明:当kuramoto模型中各振子的自然频率为60hz时，所模拟得到的功能连接与实际的功能连接最为接近。同时本文还对模型的其他参数，例如全局耦合强度、平均延迟时间对模型结果的影响进行了研究。模型还成功复现了实际功能连接中的动态性。最后本文对不同采样频率、不同的对BOLD信号的处理流程对模拟功能连接的影响进行了探究。