静息态功能脑网络的基因基础以及分类研究

为了判断抑郁症患者组与健康对照组之间是否存在显著的基因型差异及基因型与疾病状态间是否存在显著交互效应,选择GSK-3β(Glycogen Synthase Kinase-3β)基因,通过功能脑网络指标进行统计分析,并利用统计显著性作为特征选择的依据,提取不同数量的节点属性作为分类特征。选择四种不同的分类算法进行分类研究,结果表明SVM和人工神经网络算法构建的分类模型正确率较高,疾病状态分类模型分别达到73.50%和70.87%,基因分类模型分别达到74.35%和76.66%。因此,基因对静息态功能脑网络存在着一定的影响,并且证明了脑网络的相关指标可以作为对基因与抑郁症疾病之间存在交互效应的判断依据。     

多节点规模下的抑郁症功能脑网络分类研究

脑网络作为复杂网络分析方法在神经影像领域的应用已得到广泛的认可。研究发现脑网络中的节点规模对网络的拓扑属性会产生重要的影响。利用静息态功能影像数据,在5种不同的节点规模下分别完成抑郁症患者和正常对照的脑网络构建,比较了网络拓扑属性的变化,并选择了4种不同的分类算法进行脑疾病分类研究。结果表明,网络节点数量不仅对拓扑属性产生了影响,而且对分类模型的构建也有直接作用。支持向量机(RBF核函数)模型在节点规模为250时,分类效果最好,平均正确率为83.18%。该研究结果在抑郁症的临床诊断中具有重要的应用价值,为基于脑网络的机器学习分类研究在网络节点规模的选择上提供了重要的参考依据。     

基于elastic net方法的静息态脑功能超网络构建优化

脑网络分析已广泛应用于神经影像领域的研究。超网络构建方法被提出用于描述多个脑区之间的高阶关系。超网络是根据静息态功能磁共振成像时间序列通过稀疏线性回归方法构建。在已有文献中,用于构建超网络的稀疏线性回归模型是采用lasso方法解决。然而这种方法存在局限,在超边构建时不能够有效的解决脑区之间的组效应。针对这一问题,本文提出将elastic net方法引入到超网络构建中,并且应用于抑郁症患者与正常被试的分类。实验结果显示基于lasso与基于elastic net的方法分别可以达到83.33%与86.36%的分类准确率。分类结果表明与原有方法相比,基于elastic net的方法可以得到更为有效的特征以及更好的分类效果。     

基于组选择的近似无偏稀疏脑功能超网络模型构建与分类研究

针对LASSO方法构建脑功能超网络模型缺乏组效应解释能力和网络有偏性问题,提出了两种基于组变量选择的近似无偏稀疏脑功能超网络模型来改善超网络的构建,分别为组最小最大凹惩罚方法和组平滑剪裁的绝对值偏差方法,并将其分别应用于抑郁症的分类研究中。分类结果显示,两种方法的分类表现均优于传统超网络模型,且组最小最大凹惩罚方法的分类准确率最高,达到86.36%。结果表明若想构建有效的脑功能超网络模型,不仅需要考虑脑区间组效应的解释能力,还需考虑模型变量选择的有偏性问题。而且在考虑到超网络有偏性的基础上,选取较为宽松的惩罚方式来选取目标变量,则可更精确地表征人脑的复杂高阶多元交互信息。     

静息态功能脑网络差异指标分析及抑郁症分类应用

为了构建辅助诊断模型,以提高抑郁症诊断的准确率。在连续的阈值空间(8%~32%)内构建所有被试的功能脑网络并使用复杂网络理论对抑郁症患者的脑网络进行分析。通过设定阈值,根据统计显著性提取不同数量的节点属性与全局属性组合作为分类特征,并选择四种不同的分类算法进行分类研究,以得到构建一个准确率较高的模型。结果是SVM和神经网络算法在阈值P为0.05下,所建的模型的分类模型的准确率较高,分别达82.78%及81.36%,因此利用该方法所构建的诊断模型可以用于抑郁症的辅助临床诊断中。     

抑郁症复杂脑网络社团结构差异分析及分类研究

为比较抑郁症脑网络结构差异及实现患者自动识别,提出了基于功能脑网络社团结构特征的机器学习方法.利用静息态功能磁共振影像数据构建功能脑网络,利用基于“堆结构”的贪婪算法进行社团划分,从脑网络模块结构的角度分析正常人和抑郁症患者的差异,并将脑网络的模块指标用于机器学习方法.利用统计显著性为阈值以筛选特征,以判断不同特征数目对分类模型的性能影响.实验结果表明,神经网络算法在28个特征下(P＜0.05),分类正确率最高达90.50％.     

重度抑郁症患者脑功能网络的分类研究

为了构建辅助诊断模型,为抑郁症的诊断提供一个新的方法,以提高抑郁症诊断的准确率。在连续的阈值空间(8%～32%)内构建所有被试的功能脑网络并使用复杂网络理论对抑郁症患者的脑网络进行分析,力求提取出可以从各个维度来表征抑郁症患者的脑网络的特征值,采用不同的属性组合并使用SVM分类算法对所有被试进行分类研究,结果发现将全局属性与局部属性组合作为分类特征得到的分类正确率最高,因此该方法可以用于抑郁症的辅助诊断中。     

基于脑网络和TSK模糊系统的癫痫脑电识别

脑电检测是癫痫疾病诊断的重要手段,但基于脑电信号特征的人工标记方法,对癫痫发作状态识别的准确度较低。将脑功能网络与TSK模糊系统相结合,提出一种癫痫脑电信号识别的新方法。通过分析多通道脑电信号之间的同步性,构建癫痫患者的脑功能网络,采用复杂网络方法提取特征参数;以脑网络参数为输入特征建立TSK模糊系统模型,通过监督式学习训练分类器,用于识别癫痫发作期的脑电波形。实验结果证明了该方法的有效性,模糊分类器对癫痫发作状态识别的准确度达到98.36%,99.48%敏感度和97.24%特异度。该方法将复杂网络与机器学习算法相融合,为通过脑电检测识别癫痫疾病状态提供了新方法,具有重要的应用价值。     

抑郁症患者功能脑网络属性特征分类研究

重度抑郁症是一种常见的心理障碍.功能影像研究表明,重度抑郁症与大脑许多区域的异常有关,这些区域包括海马、海马旁回、中央前回、尾状核等.复杂网络理论为脑网络拓扑结构的研究提供了一个有效的研究方法,但以往的研究方法主要集中在功能脑网络属性的统计分析上.通过对抑郁症患者和正常人的功能脑网络属性特征的分类对比研究,从机器学习的角度提出一种新的诊断抑郁症患者的方法.     

基于多层次模板的脑功能网络特征选择及分类

基于单一脑图谱模板的功能连接网络中提取的特征表示不足以揭示患者组和正常对照组（NC）之间的复杂拓扑结构差异，而传统的基于多模板的功能脑网络定义多采用独立模板，缺乏模板间的关联，从而忽略了各模板构建的功能脑网络中潜在的拓扑关联信息。针对上述问题，提出了一种多层次脑图谱模板和一种使用关系诱导稀疏（RIS）特征选择模型的方法。首先定义了具有关联的多层次脑图谱模板，挖掘模板之间潜在关系和表征组间网络结构差异；然后用RIS特征选择模型进行参数优化，进而提取组间差异特征；最后利用支持向量机（SVM）方法构建分类模型，并应用于抑郁症患者的诊断。在山西大学第一医院抑郁症临床诊断数据库上的实验结果显示，基于多层次模板的功能脑网络通过使用具有RIS特征的选择方法取得了91.7%的分类准确率，相比传统多模板方法的准确率提高了3个百分点。     

不确定脑网络的异常拓扑分析及分类研究

静息态功能脑网络在脑疾病研究中得到了广泛的应用。然而传统的功能连接网络分析主要集中在确定图上,忽视了大脑区域之间的不确定信息。基于此,对不确定脑网络进行了研究,该方法不需要进行阈值选择,而且可以更准确地对功能连接网络进行建模。同时,将频繁子图挖掘应用到了不确定图上,并提出了几种新的判别性特征选择方法。分类结果显示,基于不确定脑网络的磁共振影像分类方法有效地提高了抑郁症诊断的准确率。     

基于组MCP和复合MCP的人脑功能超网络分析及抑郁症分类研究

近年来,脑功能超网络模型在脑疾病诊断中多有应用.传统的脑功能超网络大多通过LASSO方法进行构建,然而由于脑区间存在组效应问题,在过去的几年里,对LASSO方法进行延伸以进一步改善超网络成为主要研究内容,由此出现各种分组模型方法.但这些方法均存在同样的问题,即惩罚函数对系数的过强压缩,导致模型中目标变量回归系数的有偏估计,使得噪声变量在压缩的同时,目标变量也进行了一定程度的压缩.因此,本文考虑到该问题,并在组效应的基础上,提出两种基于Minimax Concave Penalty(MCP)的无偏稀疏模型用以改进原有方法:组MCP方法和复合MCP方法.实验结果表明,两种方法均优于传统方法,而两种方法由于对变量是否进入模型采取了不同解决方式,因而构建的超网络结构差异较大,复合MCP方法构建的超网络的超边分布范围较为集中,而组MCP方法则较为分散;此外,复合MCP方法得到较好的分类表现和较高的分类权重.本文提出的方法所构建的脑功能超网络可以更好地表达抑郁症患者与正常对照的结构差异,具有重要的理论意义和临床价值.     

基于独立成分分析功能连接的抑郁症分类研究*

已有的功能连接研究大多根据脑图谱构建全脑功能连接,但目前可选用的脑图谱种类有限且采用不同脑图谱的分析结果可能存在一定的差异。针对上述问题,利用独立成分分析方法研究了抑郁症辅助诊断问题。首先利用组独立成分分析提取独立成分并构建全脑功能连接网络,然后采用BoostFS(Boosting Feature Selection)方法进行特征选择,最后应用多元模式分析方法对20名抑郁症患者和21名健康被试进行分类。实验分类准确率达到95.12%,错分了一名抑郁症患者和一名健康被试。进一步分析表明,具有较强分辨能力的脑网络为感觉运动网络、默认网络和视觉网络,与已有基于脑图谱的研究结果基本一致,从而说明了基于独立成分分析方法的合理性,使其可能成为抑郁症辅助诊断的一种新方法。     

静息态功能脑连接的空间动态分析及分类研究

现有的精神疾病分类模型仅采用脑网络的静态指标作为特征,忽略了脑网络的空间动态信息,导致分类性能不高。为克服这一局限性,提升分类模型的性能,提出了基于功能脑连接空间动态的分类方法。通过高维模板对脑连接进行空间动态分析,提取脑连接空间动态特征。利用统计分析进行特征选择,构建基于静息态功能脑连接的分类模型。通过对抑郁症患者与正常被试的分类实验结果表明,脑连接空间动态特征的分类准确率（83.0%）比传统采用脑网络的静态指标特征的分类准确率（77.8%）高5.2个百分点。     

基于多特征融合的重叠组套索脑功能超网络构建及分类

脑功能超网络的研究对脑疾病的准确诊断具有重要作用,目前已经有多种超网络的构建方法被应用于脑疾病的分类研究,但这些方法均未考虑到组间的重叠性问题.研究证明,组间的重叠性可能会对相关超网络模型的构建及构建后的分类应用产生影响,因此若仅使用非重叠组结构会限制其在超网络中的适用性.针对已应用于脑疾病分类研究的超网络构建方法在构...     

卷积神经网络及其分析在抑郁症判别中的应用

在线脑电分类能准确评估严重抑郁症患者的脑状态并及时跟踪其发展状态可以将其陷入危险和自杀的风险降为最低。然而，在无经验监督条件下，在线脑电分类应用面临更大的挑战：脑电数据往往具有弱信号、高噪声与非平稳特性；缺乏有效解耦脑疾病发作时脑区与神经网路的复杂关系。为此，设计一个以卷积神经网络为核心的云辅助在线脑电分类系统，该系统直接应用于原始脑电信号，无需进行预处理和特征提取，能精准、快速判别抑郁症状态。在公开数据集上进行抑郁症评估实验，对健康控制组和抑郁症对照组分类的准确率、敏感度和特异度分别为99.08%、98.77%和99.42%。另外，通过对神经网络进行定量解释，表明抑郁症病人的左右颞叶脑区与正常人存在明显差异。     

基于脑功能超网络的多特征融合分类方法

针对在超网络上提取局部脑区指标作为特征,忽视了全局的拓扑信息,继而影响网络拓扑的评估,降低分类器性能的问题,提出了一种基于脑功能超网络的多特征融合分类方法,该方法首先在抑郁症数据集上构建超网络,其次将局部脑区特征和子图特征进行融合。最后采用基于多核的SVM分类器进行分类。为了验证所提方法的有效性,选取28例正常被试和38例抑郁症患者进行实验,结果表明,该方法获得了令人满意的分类准确率,平均可达91.60%。获得的异常区域包括左侧舌回、左侧尾状核、左侧丘脑等重要的抑郁症病发区域。故而该基于脑功能超网络的多特征融合分类方法可以有效地用于分类正常人和抑郁症患者。     

EEG信号构建的复杂网络同步稳定性分析

人脑是自然界最复杂的系统之一,脑网络作为复杂网络理论在神经科学中的重要应用,为脑疾病的病理机制提供了新的研究方向。同步性作为影响网络性能的指标,对于复杂网络有着重要影响。为了研究同步性在脑网络中的表现,利用EEG动力学方程对120例酗酒病人的EEG信号进行复杂网络模型构造,根据所构造的模型利用李雅普诺夫稳定性理论进行证明。并通过实验对正常人和酗酒者脑网络同步状态做出统计,给出了酗酒病人和正常人的脑网络同步差异,可以揭示酗酒疾病对于人脑在功能结构上的影响,对其他疾病提供研究思路。     

基于超网络的基因和脑影像关联分析*

基因影像学现有研究大多只重视脑部感兴趣区域的特征提取,而针对脑区与脑区之间相互关联这种连接性特征的研究工作相对较少.最近的研究显示使用结构化的网络模型量化脑区之间的复杂连接可以更好地反映大脑的综合特性.因此,文中提出基于超网络的稀疏多任务典型相关分析算法.首先使用稀疏表示的方法从功能核磁共振图像(fMRI)的时间序列中建立超网络,然后从超网络中提取3种聚类系数作为脑影像特征,最后采用稀疏多任务典型相关分析求得基因与3种影像特征之间的关联.在ADNI数据集上的实验证明文中算法不仅有助于提高基因与影像之间关联分析的能力,还可以发现一些与疾病密切相关的遗传风险因素.     

基于功能磁共振成像的人脑效应连接网络识别方法综述

人脑效应连接网络刻画了脑区间神经活动的因果效应. 对不同人群的脑效应连接网络进行研究不仅能为神经精神疾病病理机制的理解提供新视角, 而且能为疾病的早期诊断和治疗评价提供新的脑网络影像学标记, 具有十分重要的理论意义和应用价值. 利用计算方法从功能磁共振成像(Functional magnetic resonance imaging, fMRI)数据中识别脑效应连接网络是目前人脑连接组学中一项重要的研究课题. 本文首先概括了从fMRI数据中进行脑效应连接网络识别的主要流程, 说明了其中的主要步骤和方法; 然后, 给出了一种脑效应连接网络识别方法的分类体系, 并对其中一些代表性的识别算法进行了阐述; 最后, 通过对该领域挑战性问题的分析, 预测了脑效应连接网络识别未来的研究方向, 以期对相关研究提供一定的参考.