低频脑信号的相位同步与认知活动的关系

论文摘要

认知活动依赖于大脑多个区域间的功能上有组织地信息通信。相位同步作为大脑区域之间信息交流的重要机制,搭起了大脑各区域间协同通信的桥梁。在低频范围内,区域间的相位同步对脑功能是极其重要的。近年来,相位同步逐渐成为研究大脑各区域间协同作用及信息交流的重要工具。但是,相位同步在认知加工过程中的具体作用还不清楚。脑功能磁共振影像技术(functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI)和频率标记实验范式的发展,使研究低频相位同步与脑认知活动的关系成为可能。本论文的工作主要分成以下两个部分:第一部分,通过比较分析任务态和静息态的相位延迟和相位相干,我们发现了面孔识别过程中存在两个分离的系统,面孔加工系统和面孔加工系统与额顶网络的连接。与静息态相比,面孔加工核心系统内及核心系统与扩展系统间相位延迟显著降低,而面孔加工系统和额顶网络之间的相位延迟增大。这些结果表明,在面孔识别过程中两个系统出现了区域间关系的重组。区域间的相位延迟受到BOLD(Blood Oxygenation Level Dependent,BOLD)信号上升支和下降支的调节,表明了区域间相位延迟的相位依赖关系。在任务期间,面孔加工系统内的相位相干显著增加,强调了区域间特定的相位关系对面孔识别的重要作用。另外,视觉皮层和杏仁核之间以及视觉皮层和运动区之间的相位延迟与反应时间呈正相关关系,表明更好的行为表现取决于快速的情绪检测和视觉运动环路。第二部分,在研究一的基础上进一步分析了在不同认知任务过程中脑信号的相位同步与认知活动的关系。我们采用与第一部分相同的方法,分析了警觉与定向、警觉与执行控制、定向与执行控制、警觉与基线、定向与基线和执行控制与基线几种情况下的相位延迟和相位相干。我们发现定向与警觉和定向与基线间的相位延迟和相位相干有显著差异,与警觉和基线相比,定向网络的相位延迟显著降低且相位相干值增大,但是其他任务间无显著差异,这说明相位延迟对注意功能的三个网络进行了不同程度的调节,通过点对点的比较分析,我们也发现相位延迟受到了上升支的调节,与之前结果相一致。综上所述,不论是在面孔识别过程中对任务与静息的比较还是在注意任务过程中对不同认知任务的比较,都表明低频范围内的区域间相位同步对有效的信息交流和更好的认知功能表现具有重要意义。

论文目录

摘要

abstract

第一章绪论

1.1 功能磁共振成像技术概述

1.1.1 功能磁共振成像的神经生物学基础

1.1.2 静息态与任务态功能磁共振成像

1.2 低频神经振荡及低频稳态脑响应的作用机制和特征

1.3 相位同步理论研究现状

1.3.1 神经相位同步假说

1.3.2 神经相位同步的应用

1.4 论文的研究内容及组织结构

第二章面孔识别过程中低频脑信号的相位同步研究

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.2.1 研究对象及实验程序

2.2.2 fMRI数据采集及数据预处理

2.2.3 行为数据的分析

2.2.4 局部相位和区域间相位相干的计算

2.2.5 统计分析

2.3 研究结果

2.3.1 行为结果

2.3.2 任务对区域间相位延迟的调节

2.3.3 任务对区域间相位相干的调节

2.3.4 脑与行为的关系

2.4 讨论分析

2.5 本章小结

第三章注意网络中的低频相位同步研究

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.2.1 研究对象及实验程序

3.2.2 fMRI数据采集及数据预处理

3.2.3 行为数据的分析

3.2.4 局部相位和区域间相位相干的计算

3.2.5 统计分析

3.3 研究结果

3.3.1 行为结果

3.3.2 区域间相位延迟的比较

3.3.3 区域间相位相干的比较

3.3.4 脑与行为的关系

3.4 讨论分析

3.5 本章小结

第四章总结与展望

4.1 全文总结

4.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间获得的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨学志

导师: 陈华富

关键词: 相位同步,相位相干,面孔识别,注意网络,认知活动

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技,信息科技

专业: 生物学,基础医学,电信技术

单位: 电子科技大学

分类号: R338;TN911.6

总页数: 56

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