復雜腦功能網(wǎng)絡穩(wěn)定性研究.pdf

1、大腦是生命活動的高級指揮中樞，大腦內部神經(jīng)元之間的同步作用形成了結構和功能上非常復雜的腦神經(jīng)網(wǎng)絡。將復雜網(wǎng)絡穩(wěn)定性理論應用于腦神經(jīng)科學領域，從網(wǎng)絡的角度探究大腦的功能特性及生理機制成為必要。采用功能磁共振成像(Functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI)技術基于n-back范式認知實驗構建腦功能網(wǎng)絡，從抗毀性和相繼故障等方面分析腦功能網(wǎng)絡的穩(wěn)定性，并進一步從社團結構的角度探究社團結構狀態(tài)對腦功能

2、網(wǎng)絡穩(wěn)定性的影響。
　　 首先簡要論述了復雜腦網(wǎng)絡的研究背景和研究意義，并介紹了復雜網(wǎng)絡穩(wěn)定性及復雜腦功能網(wǎng)絡的研究現(xiàn)狀。借助fMRI技術，采用n-back范式認知實驗，用種子體素法構造了腦功能網(wǎng)絡模型。進一步對腦功能網(wǎng)絡的聚類性和拓撲特點進行了研究，并驗證了任務態(tài)比靜息態(tài)腦功能網(wǎng)絡聚類性和連通性更強。
　　 然后基于抗毀性和相繼故障等動力學特征對構建的腦功能網(wǎng)絡的穩(wěn)定性進行了研究。利用不同的攻擊策略分析比較了靜息態(tài)和任

3、務態(tài)兩種腦功能網(wǎng)絡抗毀性差異，探究了網(wǎng)絡結構參數(shù)對腦功能網(wǎng)絡穩(wěn)定性影響，并結合ML相繼故障模型分析了腦功能網(wǎng)絡的相繼故障特征。結果發(fā)現(xiàn)腦功能網(wǎng)絡對隨機故障容錯性強，對蓄意攻擊則抗毀性差，表現(xiàn)出魯棒而又脆弱的雙重性質。網(wǎng)絡密度對腦功能網(wǎng)絡穩(wěn)定性有促進作用，網(wǎng)絡規(guī)模則與抗毀性呈負相關。腦功能網(wǎng)絡只有在蓄意攻擊時才會發(fā)生相繼故障且最大負荷攻擊對腦功能網(wǎng)絡破壞性最強，任務態(tài)腦功能網(wǎng)絡抗毀性比靜息態(tài)差但卻更不容易發(fā)生相繼故障。
　　 最后

4、利用Newman貪婪算法劃分了腦功能網(wǎng)絡的社團結構，定義了社團結構強度影響因子ρ來控制社團結構連接強度，探究了不同社團結構狀態(tài)對腦功能網(wǎng)絡穩(wěn)定性的影響。結果發(fā)現(xiàn)腦功能網(wǎng)絡對隨機擾動魯棒，對蓄意擾動則表現(xiàn)出脆弱性，模塊度大的腦功能網(wǎng)絡更容易發(fā)生相繼故障，社團結構魯棒性與腦功能網(wǎng)絡穩(wěn)定性并沒有相關性。另外社團連接強度對腦功能網(wǎng)絡的容錯性沒有影響，而抗毀性隨著ρ的增加出現(xiàn)波動變化，并存在一個臨界閾值ρc使得當前社團結構狀態(tài)剛好不被破壞但抗毀性