功能性脑信号处理

功能性脑信号处理丛丰裕大连理工大学2015年10月12日1概述.个人与工作简介.为什么要研究大脑？脑MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1714777860595_0.无创伤性的功能性脑成像脑电图EEG，脑磁图MEG，功能性磁共振成像fMRI.实验方式没有刺激（Stimulus）有刺激控制刺激（Controlledstimulus）自然刺激（Naturalisticstimulus,eg.music,film）.音乐治疗2/46人听音乐时的大脑大连开发区一中1995.08-1998.073/46上海交通大学1998.09-2007.034/46于韦斯屈莱大学2007.03-2013.12，芬兰5/46大连理工大学2013.12-至今电信学部生物医学工程系http://www.dltv.cn/news/redianminsheng/2014-10/23/cms508281article.shtml6/46生物医学工程BiomedicalEngineering--BME.Biology+Medicine+EngineeringMBBMEE7/46大脑研究分类.分子、细胞（有创伤）系统层面（无创伤）人类大脑是极其复杂的“小宇宙”，由100多亿个神经细胞组成，相当于银河系的星体总数。然而，人类对自己的大脑8/46至今知之甚少。大脑研究的重要目标脑数据行为数据9/46为什么要研究人的大脑？.脑计划欧盟脑计划美国脑计划日本脑计划中国脑计划10/46欧盟脑计划.2013年1月.超过15个欧盟国家参与.为期10年的“人类脑计划”.投资10亿欧元.欧盟脑计划包括神经科学和信息学相互结合的研究，旨在用巨型计算机模拟整个人类大脑。11/46美国脑计划.2013年4月.美国NIH工作组.10年.投入45亿美元美国NIH、国家科学基金会以及国防部高级研究计划局.着眼于研究大脑活动中的所有神经元，绘制详尽的神经回路图谱，探索神经元、神经回路与大脑功能间的关系。12/46日本脑计划.2014年9月.计划第1年将投入30亿日元（2700万美元），第2年可能增加到40亿日元.通过对狨猴大脑的研究来加快人类大脑疾病，如老年性痴呆和精神分裂症的研究13/46中国脑计划-1/2.我国也在2006年至2020年的国家中长期科学和技术发展规划纲要中，把“脑科学与认知”列入基础研究8个科学前沿问题之一.为跟进世界“脑计划”研究步伐，2014-2015年，多位知名专家学者共同研讨如何制订、实施中国的“脑计划”研究。.主要的研究应聚焦在脑工作原理和与脑重大疾病相关的前沿领域上。14/46中国脑计划-2/2.将在多学科交叉的基础上，以微观、介观和宏观尺度研究动态脑网络工作问题尤其重视幼年神经发育疾病、中年精神类疾病和老年神经退行性病变（如阿尔兹海默症，又称老年痴呆症）的机理研究和研发早期诊断及早期干预的手段。.我国丰富的脑疾病 样本 保单样本pdf木马病毒样本下载上虞风机样本下载直线导轨样本下载电脑病毒样本下载 资源和非人灵长类动物的脑疾病模型将为中国特色的脑研究提供独特优势。认识脑保护脑模拟脑15/46开展脑计划的原因-1/2.主要的直接原因是大脑疾病，包括神经精神疾病、药物成瘾逐渐超过心血管疾病和肿瘤成为社会的主要负担。.许多国家抑郁症发病率已经达到10%，老年性痴呆在65岁以上人群中的发病率达到13%，85岁以上人群中接近50%。16/46开展脑计划的原因-2/3.随着脑科学研究的深入，基于基础性研究而诞生的新学科和新产业将大量涌现，并将产生众多的就业机会。.脑科学研究属于具有高科技附加值的项目，以此为基础的产业将产生可观的经济效益。17/46开展脑计划的原因-3/3.奥巴马曾表示，“在人类基因图谱的研究中，我们每投入1美元，就获得了140美元的回报”。美国联邦政府一项分析研究指出，美国人类基因计划耗资38亿美元，截至2010年美国已获得8000亿美元回报。因投资大致相同。奥巴马将美国的“人脑计划”与人类基因组计划相比，并期待更高的回报。18/46欧盟脑计划可行性-1/3.欧洲科学家Markram等在近些年构建出一种计算机模型，模拟小鼠新皮层神经柱（少于1百万个神经元）的功能.建造出一个基于神经信息学、大脑刺激的超级计算平台.将关于基因、分子、神经元、神经回路和人类认知行为等层次的神经科学数据进行全面整合，以形成一个数字人类大脑19/46欧盟脑计划可行性-2/3.这一计划确实能促进超级计算机技术的开发，一些大脑模型能帮助开发新的计算机系统和基于大脑机构和工作原理的机器人.但是这种超级计算机大脑模型对于理解大脑功能和疾病很难发挥太大作用，这是因为目前的技术手段难以真正模拟人的大脑20/46欧盟脑计划可行性-3/3.不过，欧盟依然执行了这项计划，主要是因为超级计算机技术对很多领域的科技发展起着至关重要的作用，比如核科学、军事相关的爆炸学和气象学等21/46美国脑计划可行性-1/3.九个领域：统计大脑细胞类型建立大脑结构图开发大规模神经网络 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 技术开发操作神经回路的工具了解神经细胞与个体行为之间的联系把神经科学实验与理论、模型、统计学等整合描述人类大脑成像技术的机制为科学研究建立收集人类数据的机制知识传播与培训22/46美国脑计划可行性-2/3.在神经元、神经回路等微观水平上，多光子显微镜、光遗传学技术能让科学家对动物进行活体细胞水平上的检测和操作.理论上现在的技术已经让科学家知道各种大脑功能状态下有那些神经元正在活动，而且能对特定神经进行操作观察这些神经元活动会对动物大脑功能产生什么影响.核磁共振成像技术（MRI）等的出现能给科学家提供在微观上无创伤检测大脑结构和功能23/46美国脑计划可行性-3/3.人类大脑是由100多亿个神经元和更多其他类型的细胞组成，这些细胞形成非常多的相互联系，负责完成各种大脑功能。.现在最先进的技术只能同时刺激检测1000个神经元（约亿分之一）.准备在5年内能全面描述蠕虫（302个神经元）和部分描述果蝇的大脑神经活动图，全面描述果蝇的大脑（13.5万个神经元）则需要10年时间，而整个小鼠新皮层（1千万神经元）计划用15年24/46日本脑计划可行性-1/2.日本大脑研究计划的核心任务是制造出转基因狨猴，利用这种动物模型研究人类的认知功能，并开展相关疾病研究。.虽然从亲缘关系上黑猩猩更接近人类，但是狨猴作为研究对象有其优点因为体形比较小使它们更容易被实验操作，这种动物过去也经常被作为动物模型狨猴的大脑也比较小，只有8克（大鼠的大脑也有2克），这就比较容易进行分析。尤其是狨猴的大脑额叶与人类非常类似，该脑区和精神分裂症关系密切，其他小实验动物无法代替狨猴的25/46作用。日本脑计划可行性-2/2.日本用猴类进行实验的控制 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 低于欧洲和美国，但是这些研究仍然面临伦理问题，也会受到动物保护组织的指责。.日本大脑研究技术也许有些激进，美国神经疾病和中风研究所神经科学家AlfonsoSilva指出，新的基因编辑技术并没有成功用于狨猴。26/46中国脑计划可行性.主要的研究脑工作原理脑重大疾病相关的前沿领域上认知人工智能27/46可行性总结.对人类整个基因组序列进行全面分析没对理解人类疾病的基因调节和遗传基础立刻带来重大进步.同样，对神经活动的全面描述短期内也不会对全面理解大脑功能和疾病的信息处理方式和神经回路机制带来很大作用.毫无疑问，大脑研究计划将促进大规模高时空分辨率的记录分析神经元活动、神经回路与大脑功能、大脑和机器界面等新技术的开发速度28/46.法乎其上,则得其中；法乎其中,则得其下2014年诺贝尔奖生理学或医学奖.得主为英国科学家约翰-欧基夫、挪威夫妇梅-布莱特和爱德华-莫索尔。.表彰他们发现了大脑中负责定位系统的细胞29/46结构性vs功能性脑成像30/46无创伤功能性脑成像-1/3.脑电图(EEG)脑磁图(MEG)功能性磁共振(fMRI)31/46无创伤功能性脑成像-2/332/46无创伤功能性脑成像-3/3~2s功能性磁共振成像-fMRIFunctionalMagneticResonanceImagingTimeRegionofinterest(ROI)33/46实验刺激类型-1/6没有刺激有刺激34/46实验刺激类型-2/6.Sleep(睡眠)EEGEpileptic(癫痫)EEG35/46实验刺激类型-3/6.控制刺激（Controlledstimulus）研究单一或者几种脑部功能36/46实验刺激类型-4/6.控制刺激（Controlledstimulus）37/46实验刺激类型-5/6.控制刺激（Controlledstimulus）38/46实验刺激类型-6/6.自然刺激—音乐，电影等HassonU,NirY,LevyI,FuhrmannG,MalachR.Intersubjectsynchronizationofcorticalactivityduringnaturalvision.Science,2004;303:1634-40.研究人在真实经验下的大脑功能39/46人听音乐时的功能性脑成像FMRI40/46人听音乐时的功能性脑成像41/46人听音乐时的功能性脑成像.第一篇学术论文FMRIAlluri,Toviainen,etal.,NeuroImage,2012EEGCong,Alluri,etal.,IEEE-TransactionsonMultimedia,2013anearlyattempttoanalyzeongoingEEGinreal-worldnaturalisticandcontinuousmusiclisteningexperiencesSpecialissueeditorialboardofthejournal42/46人听音乐时的功能性脑成像43/46人听音乐时的功能性脑成像.实验刺激由控制刺激向自然刺激过度.费用高向低过度.信息科学在脑研究中的作用逐渐加强44/46人听音乐时的功能性脑成像EEG45/46.谢谢！46/46