復(fù)雜腦功能網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性研究.pdf

1、大腦是生命活動(dòng)的高級(jí)指揮中樞，大腦內(nèi)部神經(jīng)元之間的同步作用形成了結(jié)構(gòu)和功能上非常復(fù)雜的腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性理論應(yīng)用于腦神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域，從網(wǎng)絡(luò)的角度探究大腦的功能特性及生理機(jī)制成為必要。采用功能磁共振成像(Functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI)技術(shù)基于n-back范式認(rèn)知實(shí)驗(yàn)構(gòu)建腦功能網(wǎng)絡(luò)，從抗毀性和相繼故障等方面分析腦功能網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，并進(jìn)一步從社團(tuán)結(jié)構(gòu)的角度探究社團(tuán)結(jié)構(gòu)狀態(tài)對(duì)腦功能

2、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的影響。
　　 首先簡要論述了復(fù)雜腦網(wǎng)絡(luò)的研究背景和研究意義，并介紹了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性及復(fù)雜腦功能網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀。借助fMRI技術(shù)，采用n-back范式認(rèn)知實(shí)驗(yàn)，用種子體素法構(gòu)造了腦功能網(wǎng)絡(luò)模型。進(jìn)一步對(duì)腦功能網(wǎng)絡(luò)的聚類性和拓?fù)涮攸c(diǎn)進(jìn)行了研究，并驗(yàn)證了任務(wù)態(tài)比靜息態(tài)腦功能網(wǎng)絡(luò)聚類性和連通性更強(qiáng)。
　　 然后基于抗毀性和相繼故障等動(dòng)力學(xué)特征對(duì)構(gòu)建的腦功能網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。利用不同的攻擊策略分析比較了靜息態(tài)和任

3、務(wù)態(tài)兩種腦功能網(wǎng)絡(luò)抗毀性差異，探究了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)腦功能網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性影響，并結(jié)合ML相繼故障模型分析了腦功能網(wǎng)絡(luò)的相繼故障特征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)腦功能網(wǎng)絡(luò)對(duì)隨機(jī)故障容錯(cuò)性強(qiáng)，對(duì)蓄意攻擊則抗毀性差，表現(xiàn)出魯棒而又脆弱的雙重性質(zhì)。網(wǎng)絡(luò)密度對(duì)腦功能網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性有促進(jìn)作用，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模則與抗毀性呈負(fù)相關(guān)。腦功能網(wǎng)絡(luò)只有在蓄意攻擊時(shí)才會(huì)發(fā)生相繼故障且最大負(fù)荷攻擊對(duì)腦功能網(wǎng)絡(luò)破壞性最強(qiáng)，任務(wù)態(tài)腦功能網(wǎng)絡(luò)抗毀性比靜息態(tài)差但卻更不容易發(fā)生相繼故障。
　　 最后

4、利用Newman貪婪算法劃分了腦功能網(wǎng)絡(luò)的社團(tuán)結(jié)構(gòu)，定義了社團(tuán)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響因子ρ來控制社團(tuán)結(jié)構(gòu)連接強(qiáng)度，探究了不同社團(tuán)結(jié)構(gòu)狀態(tài)對(duì)腦功能網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)腦功能網(wǎng)絡(luò)對(duì)隨機(jī)擾動(dòng)魯棒，對(duì)蓄意擾動(dòng)則表現(xiàn)出脆弱性，模塊度大的腦功能網(wǎng)絡(luò)更容易發(fā)生相繼故障，社團(tuán)結(jié)構(gòu)魯棒性與腦功能網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性并沒有相關(guān)性。另外社團(tuán)連接強(qiáng)度對(duì)腦功能網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性沒有影響，而抗毀性隨著ρ的增加出現(xiàn)波動(dòng)變化，并存在一個(gè)臨界閾值ρc使得當(dāng)前社團(tuán)結(jié)構(gòu)狀態(tài)剛好不被破壞但抗毀性