功能脑网络可控性建模与分析

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61876032
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0609.认知与神经科学启发的人工智‍能
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

In recent years, both network neuroscience and cognitive science have developed vigorously. The network approach provides an analytical perspective of understanding the brain structures and functions, and uncovers the intrinsic correlation between them. However, this family of methods pays more attention on the discovery and pattern recognition in the phenomenon,thus lack a mechanistic explanation of why and how this correlation happens. In this proposal, focusing on the core scientific problem of modeling the human cognitive control, we proceed from the functional MRI signals and study the following subproblems: 1) building the control theoretical dynamics model based on the blood oxygen level neural signals; 2 ) developing the framework of control theory analysis of human brain functional network; 3) investigating the relationship between functional control measures and the descriptive cognitive measurement. Through research and summary, we devote ourselves to explaining the network dynamical foundation of the process of human cognitive control, and make use of the relevant analysis framework to help understand the complicated cognitive processes of human beings. We hope that through this project, we will make groundbreaking achievements in scientific research to further promote the exploration of the working principles of the brain and contribute to the development of brain-based artificial intelligence in the future.
近年来,网络神经科学与认知科学都得到了蓬勃发展,网络方法提供了理解脑结构与功能的分析视角,揭示了很多外在功能和内在结构的关联性。然而这些研究更多地关注于现象的发现与模式的识别,对网络功能及与结构与功能之间的关联性缺乏一个机制上的解释。在本项目中,针对人类认知控制原理建模这一核心科学问题,我们从功能核磁信号出发,主要研究如下一些子问题:1)基于血氧水平神经信号的控制理论动力学模型构建;2)人脑功能网络的控制理论分析框架构建;3)功能控制度量与认知表征度量关系探究。通过研究与总结,我们致力于解释认知控制过程发生的结构与功能网络动力学基础,比利用相关分析框架来帮助理解人类复杂的认知过程。我们希望通过本项目做出具有开创性的科研成果,进一步推进人类对于脑工作原理的探究,为将来发展类脑人工智能做出贡献。

结项摘要

脑网络控制分析是网络神经科学的一个蓬勃发展的新方向,在理解大脑结构和功能的关系、神经发育规律、精神疾病等领域都有着广阔的应用前景。然而,目前的工作主要集中于结构脑网络的可控性分析上,对于功能脑网络可控性直接进行建模并利用控制理论对其分析的工作尚未详细展开。因此,本研究立足于功能脑网络的控制理论模型建模,进而分析脑状态转移的路径及其可控性相关性质,并进一步构建个体水平上的功能可控性度量,探究功能可控性与结构可控性之间的关系,揭示了脑网络可控性与人类认知能力之间的关联;并基于脑网络特征启发,构建了脑启发的算法验证了脑结构与功能的优化性和其所呈现特征的必要性。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(1)
Detecting brain lesions in suspected acute ischemic stroke with CT-based synthetic MRI using generative adversarial networks.
使用生成对抗网络通过基于 CT 的合成 MRI 检测疑似急性缺血性中风的脑部病变
  • DOI:
    10.21037/atm-21-4056
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
    Annals of translational medicine
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hu N;Zhang T;Wu Y;Tang B;Li M;Song B;Gong Q;Wu M;Gu S;Lui S
  • 通讯作者:
    Lui S
A Unified Framework for Generalized Low-Shot Medical Image Segmentation With Scarce Data
稀缺数据的广义低镜头医学图像分割的统一框架
  • DOI:
    10.1109/tmi.2020.3045775
  • 发表时间:
    2021-10-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING
  • 影响因子:
    10.6
  • 作者:
    Cui, Hengji;Wei, Dong;Zheng, Yefeng
  • 通讯作者:
    Zheng, Yefeng
Control theory illustrates the energy efficiency in the dynamic reconfiguration of functional connectivity.
控制理论阐释了功能连接动态重构中的能量效率
  • DOI:
    10.1038/s42003-022-03196-0
  • 发表时间:
    2022-04-01
  • 期刊:
    Communications biology
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Deng S;Li J;Thomas Yeo BT;Gu S
  • 通讯作者:
    Gu S
Controllability of Functional Brain Networks and Its Clinical Significance in First-Episode Schizophrenia.
首发精神分裂症脑功能网络的可控性及其临床意义
  • DOI:
    10.1093/schbul/sbac177
  • 发表时间:
    2023-05-03
  • 期刊:
    SCHIZOPHRENIA BULLETIN
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Li, Qian;Yao, Li;You, Wanfang;Liu, Jiang;Deng, Shikuang;Li, Bin;Luo, Lekai;Zhao, Youjin;Wang, Yuxia;Wang, Yaxuan;Zhang, Qian;Long, Fenghua;Sweeney, John A.;Gu, Shi;Li, Fei;Gong, Qiyong
  • 通讯作者:
    Gong, Qiyong
Unifying the Notions of Modularity and Core-Periphery Structure in Functional Brain Networks during Youth
统一青年时期大脑功能网络的模块化和核心-外围结构的概念
  • DOI:
    10.1093/cercor/bhz150
  • 发表时间:
    2020-03-01
  • 期刊:
    CEREBRAL CORTEX
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Gu, Shi;Xia, Cedric Huchuan;Bassett, Danielle S.
  • 通讯作者:
    Bassett, Danielle S.

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其他文献

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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