基于认知的实时功能磁共振成像的理论与关键技术

实时功能磁共振成像（RT-fMRI）是通过对功能磁共振成像数据的在线处理，实时的观察和定量的刻画人脑活动状态；并通过适当的神经反馈方式，要求被试主动控制特定脑区激活模式，从而对特定认知功能进行有效调节。近年来，RT-fMRI已经在解读人的心智、认知神经科学研究和临床治疗等领域得到初步应用，但随着研究与应用的深入，一些关键的科学技术问题亟待解决。本项目将主要从下面三个方面开展研究：①基于RT-fMRI的数据实时处理和分析以及系统平台建设；②基于RT-fMRI的大脑激活模式的特征刻画和分类；③基于RT-fMRI的数学认知与学习训练。本项目的研究将解决RT-fMRI系统在认知神经科学研究和临床治疗中所涉及的相关关键科学技术问题；从神经反馈的角度，在理论上更深层次的揭示人脑高级认知功能的神经机制。

实时功能磁共振成像（rt-fMRI）是通过对功能磁共振成像数据的在线处理，实时的观察和定量的刻画人脑活动状态；并通过适当的神经反馈方式，要求被试主动控制特定脑区激活模式，从而对特定认知功能进行有效调节。近年来，rt-fMRI已经在解读人的心智、认知神经科学研究和临床治疗等领域得到初步应用，但随着研究与应用的深入，一些关键的科学技术问题亟待解决。北京师范大学姚力教授领导的课题组，在国家自然科学基金重点项目“基于认知的实时功能磁共振成像的理论与关键技术”的资助下，开展了深入的研究工作，取得如下主要成果：.1. 构建了一套完整的rt-fMRI系统，包括硬件系统的搭建和软件平台的集成与开发，获国家发明专利授权1项；.2. 对离线fMRI数据的功能定位和功能连接分析方法进行改进和应用，提出了一系列改进算法，实现了算法的移植与实时实现；.3. 针对EEG和fMRI两种模态，对激活模式的特征提取方法和分类方法进行改善与应用，完成四类以上图片视觉刺激任务的实验设计与分类（这是心智解读的初步工作），实现了基于fMRI数据的视觉信息重构；.4. 针对较低级的感知觉功能——运动技能和高级认知功能——工作记忆和数学学习，完成了基于rt-fMRI的神经反馈训练的实验设计与数据分析，并尝试在运动功能的临床康复中应用；在此基础上初步完成了默认网络的反馈调节实验。.上述研究成果系统地给出了实时功能磁共振技术的算法理论研究和实际应用，从神经反馈的角度，在理论上更深层次的揭示人脑高级认知功能的神经机制。本项目实施过程中，在IEEE Transactions等国际期刊和本领域重要的国际会议上发表论文68篇，其中在国际期刊发表SCI检索论文35篇，EI检索论文33篇；待出版专著“实时功能磁共振成像技术与应用”一部；授权国家发明专利5项；培养研究生19名；应邀在国际会议上做口头报告22人次；举办“实时功能磁共振成像”国际会议1次。通过积极参领域内主流国际会议、举办国际会议、与国外学术机构互访等方式，展开深入的国际学术交流与合作。