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心理所发表人脑连接组学评述论文

随着世界范围内“脑计划”研究的大范围开展,宏观尺度上的脑连接组学或脑网络科学所面临的挑战越来越明显。当前的技术非常难于为“建模活体人脑结构-功能”提供稳定、可靠、精确而完整的实验数据,因此基于数学物理模型的计算神经科学就非常重要。


为计算建模提供高精度的人脑多模态成像数据是当前不同尺度下人脑连接组学的基础需求,比如:毫米级别的人脑连接组学将是联结宏观和介观脑连接的重要临界面。


人脑网络研究一直关注“长距离、全局性连接”而忽视“短距离、局部性连接”。从人脑结构功能发育模式来看,越来越多的实验证实人脑连接遵循基本的一些距离规律。


“空间距离依赖的连接修剪”就是其中之一,是指在人脑网络发育过程中,脑连接由最初的高密度、局部的短距离连接而进行快速修剪和优化,逐步建设全局的长距离连接。下图详细而直观地展示了长短距离脑连接。在几毫米的空间精度上,“如何稳定、可靠、有效地刻画人脑连接组的短距离功能连接并付诸应用?”是一个极具挑战性的科学问题。

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自2011年以来,中国科学院心理研究所行为科学重点实验室左西年研究组一直致力于毫米级别的人脑局部功能连接研究。为解决上述科学问题,该研究组开展了一系列系统性研究,代表性工作包括:研发了基于二维皮层流形的局部功能一致性算法,验证了其重测信度和神经生物学意义,展示了其临床应用。


2015年7月13日,《神经科学家》(The Neuroscientist)在线刊出了研究员左西年和助理研究员姜黎黎撰写的评述性文章,系统回顾与展望了人脑局部功能一致性研究。


文中,从人脑工作模型的计算神经科学角度切入,作者阐述了当前人脑连接组学面临的各项困难与挑战,指出局部功能一致性可作为刻画人脑连接组的多模态、多尺度神经影像标记物,系统总结以往局部功能一致性应用研究并提出了“人类连接组关联研究(HCAS)”的新观点,阐述了局部功能一致性算法对于人脑连接组学未来发展的重要意义。


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