基于多層網(wǎng)絡(luò)及頻繁子圖的腦網(wǎng)絡(luò)連接比較研究.pdf

1、人腦是身體系統(tǒng)中最復(fù)雜的器官之一，其分為左右兩個(gè)大腦半球，并且，大量的神經(jīng)元與神經(jīng)元之間的連接存在于人腦中。近年來，對大腦結(jié)構(gòu)的探究以及對大腦工作方式的分析成為自然科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論對人腦建模是大腦科學(xué)的主要研究方法之一。建模后，將人腦看作是由節(jié)點(diǎn)和邊組成的腦網(wǎng)絡(luò)，并基于該網(wǎng)絡(luò)探索人腦的結(jié)構(gòu)與行為，因此，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的準(zhǔn)確度對基于網(wǎng)絡(luò)的腦研究意義重大。
　　一般情況下，可通過功能磁共振成像以及腦電波的收集來獲取構(gòu)建功

2、能腦網(wǎng)絡(luò)的原始數(shù)據(jù)。在建模時(shí)，將腦區(qū)等同為網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的節(jié)點(diǎn)，腦區(qū)與腦區(qū)間的功能連接當(dāng)作是腦網(wǎng)絡(luò)中的邊。而在衡量腦區(qū)與腦區(qū)之間的功能連接時(shí)，不同的連接定義方法所得結(jié)果差異較大，但是很少有研究者對其進(jìn)行比較，也很難提出評價(jià)其優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。
　　本文圍繞腦網(wǎng)絡(luò)這個(gè)研究熱點(diǎn)，對功能腦網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建進(jìn)行了探究，對不同連接定義方法構(gòu)建所得腦網(wǎng)絡(luò)的差異進(jìn)行了比較，并更深層次的分析研究了不同功能連接定義方法構(gòu)建所得腦網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確度。研究使用多層網(wǎng)絡(luò)中的固有

3、屬性以及頻繁子圖挖掘算法來分析不同連接定義方法構(gòu)建所得的功能腦網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別；在此基礎(chǔ)上，提出兩個(gè)新的衡量指標(biāo)比較所得腦網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確度。
　　本文主要的創(chuàng)新工作如下：
　　第一，利用多層網(wǎng)絡(luò)特有的層內(nèi)與層間屬性計(jì)算方法，計(jì)算核磁與腦電功能腦網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)的固有屬性。即求得不同連接定義方法下，同類被試所得腦網(wǎng)絡(luò)組中網(wǎng)絡(luò)的屬性值，進(jìn)而通過網(wǎng)絡(luò)屬性值分析不同連接定義方法構(gòu)建所得網(wǎng)絡(luò)的差異。所得結(jié)果可以看出，對于同一組核磁被試，使用皮爾遜、偏

4、相關(guān)與小波相關(guān)方法構(gòu)建所得的網(wǎng)絡(luò)具有顯著差異。
　　第二，使用頻繁子圖挖掘算法，分析靜息態(tài)核磁數(shù)據(jù)與腦電數(shù)據(jù)構(gòu)建所得功能腦網(wǎng)絡(luò)的具體結(jié)構(gòu)。即分析不同連接定義方法下，同類被試所得腦網(wǎng)絡(luò)組中網(wǎng)絡(luò)的頻繁子圖模式，進(jìn)而通過頻繁子圖模式比較不同連接定義方法構(gòu)建所得網(wǎng)絡(luò)的差異。對于同一組核磁被試，使用皮爾遜、偏相關(guān)與小波相關(guān)方法構(gòu)建所得的網(wǎng)絡(luò)明顯不同。
　　第三，提出新的指標(biāo)計(jì)算方法以衡量不同連接定義方法下構(gòu)建所得網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確度。即分別基

5、于多層網(wǎng)絡(luò)中的固有屬性以及頻繁子圖挖掘算法，提出兩種新的指標(biāo)來衡量不同連接定義方法所構(gòu)建腦網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，對于核磁數(shù)據(jù)，使用皮爾遜連接方法構(gòu)建得到的腦網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)確度最高。在腦電數(shù)據(jù)中，使用同步似然性連接方法構(gòu)建得到的腦網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)確度最高。
　　本文是國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目—《基于解剖距離及節(jié)點(diǎn)相似度的多尺度腦功能網(wǎng)絡(luò)建模方法研究》（No.61402318）的主要組成部分。本文重點(diǎn)研究在靜息態(tài)功能腦網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建階段，衡量腦區(qū)與腦區(qū)