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正常睡眠和失眠中脑白质功能网络的研究任务书

 2020-02-20 08:02  

1. 毕业设计(论文)主要内容:

人脑作为人体的思维器官,也是人们目前所知的最完善、最复杂的信息处理系统之一。脑的结构和功能机制的研究在脑科学研究中占有非常重要的位置。而近年来,影像技术的发展使人们对于大脑的研究不再局限于观察脑组织局部损伤后的脑功能变化。目前人们对影响短期记忆的机制并不十分了解,但可以肯定的是人类短期记忆和大脑神经网络有着密切的关系。脑功能成像技术可以有效地帮助我们研究大脑神经活动,是脑科学研究甚至神经精神疾病学研究的不可或缺的工具。

我们基于跨年龄段的脑成像数据和行为数据,采用图论的方法构建不同年龄段的人的脑网络,并求得脑网络参数。进而分析脑网络与短期记忆的关系,最后基于构建的脑网络参数结合模式识别算法对于预测短期记忆的好坏进行初步的探索。

综上所述,本次研究基于静息状态fmri数据,对不同年龄段的短期记忆的脑网络机理做了一定探索,并且基于脑网络参数对短期记忆时间长短和信息容量进行了初步探索。失眠通常指患者对睡眠时间和质量不满足并影响日间社会功能的一种主观体验。临床数据表明,长期失眠会导致许多疾病的患病率增加,如心脏病、高血压、高脂血症、老年痴呆、抑郁和焦虑等。失眠的发病机制十分复杂,至今尚未明确。目前认为失眠与大脑睡眠中枢与觉醒中枢的协同作用失调紧密相关。而功能核磁共振(fmri)起始于20世纪90年代初,它能够灵敏地测量由脑活动激发而引起的血氧浓度变化,fmri的出现成为活体大脑成像的一个强大技术,为研究失眠机制提供新的方法思路。
从2008年mazerolle到2013年fabri和polonara等人的多项研究工作表明,由功能磁共振成像技术检测到白质也携带了功能信息,因为不同的白质束在响应知觉和运动任务时表现出被激活的状态。尽管白质的活动状态弱于灰质,但是它在个体被试中仍然是可靠的测量。这些研究证实了白质中存在功能性活动,并表明了功能性磁共振成像是研究体内白质功能的一种很有前景的研究技术。2017年marussich的一项研究采用了独立成分分析和层次聚类方法,证明了白质中存在相关活性簇。这项研究进一步表明,与静息状态相比,当被试被动地观看电影时,人脑枕叶白质团簇的连通性发生了改变,证明了这些信号存在功能特性。2017年michael peer等人通过利用176名受试者的静息态功能磁共振成像数据进行聚类分析,研究白质是否存在功能网络,其分析表明了12个对称白质网络的存在与之相对应的功能网络。
我们利用fmri功能核磁共振成像技术,对正常睡眠和失眠的被试进行实验和数据采集,并对数据进行预处理和聚类分析,找到其白质功能连接的区别,并研究由此产生的的白质功能网络与dti识别的结构白质束的关系。

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2. 毕业设计(论文)主要任务及要求

设计(论文)完成的主要任务:
1、查阅相关文献,了解正常睡眠和失眠的脑功能成像下的脑网络研究及发展,掌握弥散张量成像技术(DTI)、功能性磁共振成像技术(fMRI)的原理;具体了解白质束的结构;总结和分析fMRI下的白质功能网络。
2、根据文献进行实验设计和人脑数据的采集,对数据进行预处理和相关仿真进行结果分析和证明模型的正确性。
3、利用采集的数据进行聚类,并研究正常睡眠和失眠的白质功能网络以及DTI识别的白质束结构之间的关系。
设计(论文)的要求:
1、查阅相关资料,完成开题报告与不少于3000字的文献综述。
2、完成不少于5000汉字的英文文献翻译。
3、利用采集的数据进行聚类,研究由此产生的的白质功能网络与DTI识别的结构白质束和已知灰质功能网络之间的关系。
4、完成不少于12000字的论文。

3. 毕业设计(论文)完成任务的计划与安排

第7学期:完成选题和任务布置

第8学期:
第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文文献翻译,明确研究内容,了解正常睡眠和失眠的脑功能成像下的脑网络研究及发展,掌握弥散张量成像技术(DTI)、功能磁共振成像技术(fMRI)的原理,完成开题报告;
第4 - 7周:根据文献,对fMRI和DTI实验参数进行设计,独立完成部分正常睡眠和失眠被试的实验和数据采集;
第8 - 12周:对采集的数据进行预处理和聚类,研究由此产生的的白质功能网络与DTI识别的结构白质束,并对正常睡眠和失眠的脑白质功能网络进行对比;
第13-15周:完成并修改毕业论文;
第16周: 准备论文答辩。

4. 主要参考文献

[1] Assaf Y, Pasternak O. Diffusion Tensor Imaging (DTI)-based White Matter Mapping in Brain Research: A Review[J]. Journal of Molecular Neuroscience, 2008, 34(1): 51-61.
[2] Mazerolle E L, D"Arcy R C , Beyea S D. Detecting functional magnetic resonance imaging activation in white matter: Interhemispheric transfer across the corpus callosum[J]. BMC Neuroscience, 2008, 9(1): 84-94.
[3] Marussich L, Lu K H, Wen H, et al. Mapping white-matter functional organization at rest and during naturalistic visual perception[J]. Neuroimage, 2017(146): 1128-1141.
[4] Peer M, Nitzan M, Bick A S, et al. Evidence for functional networks within the human brain's white matter[J]. Journal of Neuroscience the Official Journal of the Society for Neuroscience, 2017, 37(27): 6394-6407.
[5] 俎栋林, 高家红. 核磁共振成像—生理参数测量原理和医学应用[M]. 北京: 北京大学出版社, 2014: 94-170.

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