癫痫患者认知行为的复杂网络及动力学特性研究

本项目采用神经影像学和复杂网络理论，从整体网络特性角度研究癫痫患者脑功能网络。研究内容包括：运用神经心理学测试设计健康被试和癫痫患者认知功能实验，使用统计参数映射方法进行激活区检测和统计分析方法构建复杂脑网络。通过定量计算脑网络各种统计特性，对比癫痫患者组和健康对照组的脑网络整体特性异同以及脑网络拓扑结构变化。进一步构造癫痫脑网络基准图，采用层次性凝聚算法划分网络社团结构，并分析网络的演化，给出社团产生和随时间、任务相互作用的机理，探讨这些功能模块之间的信息处理与传递过程。最后查看病理条件下脑网络的异常变化，分析小世界网络的传播行为，研究癫痫患者认知行为时滞动态复杂网络同步状态局部稳定性及无标度网络的相继故障。.研究癫痫患者认知行为的复杂脑网络及动力学特性，为人类认识大脑内部活动机制以及为癫痫病的诊断、预防、治疗提供依据。

本项目重点开展以下几个方面研究： (1) 采集健康对照组和癫痫患者组在任务状态和静息状态的功能磁共振数据.设计N-back范式认知实验，用种子体素法构造脑功能网络模型,并对脑功能网络的聚类性和拓扑特点进行研究。(2) 采集正常被试的DTI数据，根据在MNI标准空间中选定的11个ROI，基于NMM，结合21位正常被试的DTI数据，构建了正常人的默认结构网络（11×11）。通过改变各NMMs中的参数值，得到两两NMMs之间的相同步，选定特定阈值生成相应的默认功能网络。随后运用复杂网络理论对其拓扑结构进行特性分析，计算得到了功能网络的特征路径长度和聚类系数具有小世界属性，并通过分析网络中心化指标推测出DMN的核心脑区是PCC和aMPFC，进一步采用聚类分析方法研究发现整个默认网络呈现出层次化结构，即包含至少两个子网络：内侧颞叶网络和背内侧前额叶网络。这些结果为揭示DMN的结构和功能特征及生理意义提供了一定参考。(3) 研究了18例癫痫患者基于NMM构建的DMN，分析了其功能网络的拓扑特性，即网络具有较大的特征路径长度和较小的聚类系数，并进行聚类分析方法发现，网络的层次化结构紊乱，整个网络已不再包含子网络。依据提取的DTI和静息态fMRI数据分别构建的正常被试和癫痫患者DMN，通过对网络的拓扑结构分析发现，基于NMM和基于静息态fMRI的正常对照组DMN比癫痫患者组DMN都具有较小的特征路径长度和平均聚类系数，而后进行统计分析发现，两种方法所构建的癫痫患者DMN功能连接变化最明显的脑区都是LTC 和TempP，从而验证了基于NMM所构建网络的可靠性。 (4) 改变NMMs的参量研究结构连接（SC）和功能连接（FC）之间的关系,探讨了结构连接和功能连接之间的关系，得出了直接结构连接和间接结构连接对功能连接的形成具有同样的重要性，这些结论为人脑不同结构的损伤会产生何种认知功能的影响提供了参考价值。 (5) 从抗毁性和相继故障等方面对构建的脑功能网络的稳定性进行了研究。利用不同的攻击策略分析比较静息态和任务态两种脑功能网络抗毁性差异，探究网络结构参数对脑功能网络稳定性影响，并结合ML模型分析脑功能网络的相继故障特征。 (6) 利用贪婪算法划分了脑功能网络的社团结构，定义社团结构强度影响因子来控制社团结构状态，探究了不同社团结构状态对脑功能网络稳定性的影响。