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软件工程 活动图习题

UML定义了5类,10种模型图: 1.用例图:从用户角度描述系统功能,并指各功能的操作者。 2.静态图:包括类图,包图,对象图。    类图:描述系统中类的静态结构    包图:是包和类组成的,表示包与包之间的关系,包图描述系统的分层结构    对象图:是类图的实例 3.行为图:描述系统动态模型和对象组成的交换关系。包括状态图和活动图    活动图:描述了业务实现用例的工作流程    状态图:是描述状态到状态控制流,常用于动态特性建模 4.交互图:描述对象之间的交互关系    顺序图:对象之间的动态合作关系,强调对象发送消息的顺序,同时显示对象之间的交互    合作图:描述对象之间的协助关系 5.实现图:    配置图:定义系统中软硬件的物理体系结构

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脑电研究:婴儿睡眠状态间的大尺度脑模态重组为早产提供预测信息

睡眠结构承载着整个生命周期中大脑健康的重要信息。明确表达警戒状态的能力是新生儿神经健康状况的一个重要生理标志,但其机制仍不清楚。来自澳大利亚和芬兰的学者在NATURE COMMUNICATIONS发文,其证明了新生儿从安静到主动睡眠的转变特征是大规模的皮层活动和功能脑网络的重组。这种重组在早产儿中减弱,并能预测两岁时的视觉表现。研究者发现,这些经验效应与大规模脑状态的计算模型之间存在着惊人的匹配。该模型揭示了数据分析中无法检测到的基本生物物理机制。主动睡眠指在一个统一的神经活动模式下减少能量和在两个更复杂的前后脑区模式中增加能量。早产儿在这种带有新异预测信息的睡眠相关模态能量重组中表现出缺陷。

02

人脑hub枢纽和功能连接的时间动态性

神经成像技术观察到大脑网络连接的枢纽hub,普遍认为枢纽对建立和维持一个功能平台至关重要,在这个平台上可以发生有认知意义和高效的神经元交流。然而,枢纽是静态的(即大脑区域始终是枢纽),还是这些属性会随时间变化(即大脑区域的枢纽波动),我们知之甚少。为了解决这个问题,我们引入了两个新的方法概念,脑连接流和节点惩罚最短路径,然后应用于时变功能连接fMRI BOLD数据。我们表明,激活的枢纽以一种非平凡的方式随时间而变化,枢纽的活动依赖于研究的时间尺度。激活的枢纽数量中较慢的波动超过了预期的程度,这主要是在皮层下结构检测到的。此外,我们观察到枢纽活动的快速波动主要存在于默认模式网络中,这表明大脑连接中的动态事件。我们的结果表明,连接枢纽的时间行为是一个多层次和复杂的问题,必须考虑到特定方法对时变连接性的时间敏感性的特性。我们讨论的结果与正在进行的讨论有关,即静息大脑中存在离散和稳定状态,以及网络枢纽在为神经元跨时间通信提供支架方面的作用。

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Nature Neuroscience综述:大规模神经元记录需要新理论来联系大脑和行为

如今,神经科学家可以测量大规模神经元活动,也面临着将大脑的神经记录与计算和行为联系起来的挑战。在本综述中,我们首先介绍了用于探索大规模大脑活动的新兴工具和技术,以及在这些测量背景下表征行为的新方法。然后,我们重点介绍基于大规模神经记录中获得的发现,并讨论这些新型技术对传统理论框架带来的挑战。最后,我们详细阐述了现有的建模框架来解释这些数据,并讨论对大脑神经记录的解释需要的新理论方法以及这些方法所需的理解层次。这些在神经记录和理论发展方面的进步将为我们对大脑的理解取得关键进展做好铺垫。

02

时频分析方法及其在EEG脑电中的应用

EEG提供了一种测量丰富的大脑活动即神经元振荡的方法。然而,目前大多数的脑电研究工作都集中在分析脑电数据的事件相关电位(ERPs)或基于傅立叶变换的功率分析,但是它们没有利用EEG信号中包含的所有信息——ERP分析忽略了非锁相信号,基于傅里叶的功率分析忽略了时间信息。而时频分析(TF)通过分离不同频率上功率和相位信息,可以更好地表征脑电数据中包含的振荡,TF提供了对神经生理机制更接近的解释,促进神经生理学学科之间的连接,并能够捕获ERP或基于傅里叶分析未观察到的过程(如连通性)。但是,本文献综述表明,脑电时频分析尚未被发展认知神经科学领域所广泛应用。因此,本文从概念上介绍时频分析,为了让研究人员便于使用时频分析,还提供了一个可访问脚本教程,用于计算时频功率(信号强度)、试次间相位同步(信号一致性)和两种基于相位的连接类型(通道间相位同步和加权相位滞后指数)。

02

人类大脑活动的时空复杂性结构

人类的大脑运作在大范围的功能网络中。这些网络是不同脑区域之间时间相关活动的表现,但全局网络特性和单个脑区神经动力学的关系仍然不完全清楚。本文展示了大脑的网络体系结构与神经正则性的关键时刻紧密相连,这些时刻表现为功能性磁共振成像信号中的自发“复杂性下降”,反应了脑区之间的功能连接强度,促进了神经活动模式的传播,并反映了个体之间的年龄和行为差异。此外,复杂性下降定义了神经活动状态,动态塑造了脑网络的连接强度、拓扑配置和层次结构,并全面解释了脑内已知的结构-功能关系。这些发现描绘了一种原则性的神经活动复杂性体系结构——人类的“复杂组”,它支撑着大脑的功能网络组织。

02

NeuroImage:步行动作观察和运动想象中EEG相位依赖性调制

神经影像研究主要研究运动的动作观察(AO)和运动想象(MI)期间的皮质活动在哪里被激活,以及它们是否与动作执行时激活的区域相匹配。然而,目前还不清楚大脑皮层活动是如何被调节的,尤其是活动是否取决于观察或想象的运动相位。本研究使用脑电图(EEG)研究了AO和AO+MI步行过程中与步态相关的皮层活动,受试者分别在想象和不想象的情况下观察步行。脑电源和频谱分析表明,感觉运动皮质的α、β功率降低,功率调制依赖于步行时的相位。AO+MI时的相位依赖性调制,与以往步行研究报道的实际步行时的相位依赖性调制相似。这些结果表明,在步行过程中,AO+MI的联合作用可以诱导部分感觉运动皮质的相位依赖性激活,即使不伴随任何实际运动。这些发现将扩大对步行和认知运动过程的神经机制的理解,并为神经性步态功能障碍患者的康复提供临床上有益的信息。

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事件相关电位ERP的皮层溯源分析

脑电信号的皮层源分析已成为脑活动分析的重要工具。源分析的目的是重建头皮上的脑电图信号的皮层发生器(源)。源重建的质量取决于正问题的精度,进而也取决于反问题的精度。当使用适当的成像模态来描述头部几何形状,通过头皮上传感器位置的3D地图来确定精确的电极位置,并为头部模型的每种组织类型确定真实的导电性值时,可以获得准确的正解。这些参数一起有助于定义真实的头部模型。在这里,我们描述了重建记录在头皮上的脑电图信号的皮层发生器的必要步骤。我们提供了一个事件相关电位(ERPs)源重建的例子,在一个6个月大的婴儿执行的面部处理任务。我们讨论了使用不同ERP措施进行源分析所需的调整。提出的方法可以应用于研究不用年龄段受测者的不同认知任务。

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Nature子刊:EEG源成像可检测到皮层下电生理活动

皮层下神经元活动与大尺度脑网络高度相关。尽管脑电图(EEG)记录提供了较高的时间分辨率和较大的覆盖范围来研究整个大脑活动的动力学,但是皮层下信号检测的可行性尚有争议。来自日内瓦大学的Martin Seeber等人在NATURE COMMUNICATIONS杂志发文,该研究探讨了了头皮脑电是否可以检测并正确定位放置在中央丘脑和伏隔核中的颅内电极记录的信号。放置在这些区域的深部脑刺激电极(DBS)可与高密度(256通道)EEG信号同时记录活动。在三名闭眼休息的患者中,研究者发现从颅内发出的alpha信号和脑电溯源分析的结果之间存在显著相关性。 脑电溯源分析给出的信号与颅内DBS 电极给出的信号高度相关。因此,该研究提供直接证据表明头皮脑电确实可以感知皮层下信号。

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CNN实现“读脑术”,成功解码人脑视觉活动,准确率超50%

【新智元导读】研究人员开发出以人脑为模型的深度学习算法,来破解人类大脑。相关研究发表在最新一期Cerebral Cortex,研究人员构建了一个大脑如何解码信息的模型,根据参与者的大脑活动,该模型能够以50%的精确度预测她所看到的东西。 人工智能让我们离科幻小说里的“读脑机器”更近了一步。现在,研究人员开发出以人脑为模型的深度学习算法,来破解人类大脑。首先,他们建立了一个大脑如何解码信息的模型。三名女性花费了数小时观看几百条短视频,功能性核磁共振机器测量了视觉皮层和其他地方的活动信号。一个用于图像处理的人工

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NeuroImage:多任务共激活模式揭示一个鲁棒性的反相关功能网络

过去几十年里,研究者对于对抗的脑状态是不是人脑活动组织的基本原则一直有争议。一些人认为内在的静息态功能连接反相关脑网络是预处理的人为结果。一些人认为这种反相关有生物学意义的,它是大脑对不同刺激如何作出反应的预测因子。本研究调查了不同任务的全脑共激活模式,检验了任务态脑区显示的反相关是否与静息态相似。我们检查了HCP(N=680)中47个任务对比的脑活动,发现网络间鲁棒的对抗互联。默认网络的脑区表现出最高的皮层相关的负连接度。这种跨任务的负共激活模式与全局信号回归(GSR)处理的静息态数据结果一致。经过GSR的静息态数据是任务诱发的调节的更好的预测因子。最后,在25个抑郁症病人的队列中,我们发现DLPFC和人体大脑亚属前扣带皮层的基于任务的反相关与DLPFC-TMS的临床效果有关。总之,我们的发现说明反相关是有生物学意义的现象,可能反映了重要的功能性脑组织原则。

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斯坦福AI实验室又一力作:深度学习还能进一步扩展 | CVPR2016最佳学生论文详解

结构递归神经网络: 时空领域图像中的深度学习 联合编译:陈圳、章敏、李尊 摘要 虽然相当适合用来进行序列建模,但深度递归神经网络体系结构缺乏直观的高阶时空架构。计算机视觉领域的许多问题都固有存在高阶架构,所以我们思考从这方面进行提高。在解决现实世界中的高阶直觉计算方面,时空领域图像是一个相当流行的工具。在本文中,我们提出了一种结合高阶时空图像和递归神经网络的方法。我们开发了一种可随意扩展时空图像的办法,这是一种正反馈、差异化高、可同步训练的RNN混合网络。这种方法是通用的,通过一系列设定好的步骤可以将任意时

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Science Advances:恐惧学习中内侧前额叶和杏仁核theta振荡同步活动

大量动物研究中发现,恐惧的获得和表达依赖于内侧前额叶皮层(mPFC)和杏仁核的协同活动,同时,theta振荡支持这种恐惧网络中的区域间信息传输,但仍不清楚这些结果可否推广至人类的恐惧学习机制。本文通过分析13名癫痫被试完成恐惧条件反射任务时的颅内脑电信号 (intracranial EEG)及皮肤电信号(SCR),发现相较于非条件刺激(CS-),在呈现条件刺激(CS+)时内侧前额叶与杏仁核均体现出theta振荡功率增加,并且两区域间的同步性也显著增强;基于两脑区的信息传递方向性分析发现,背内侧前额叶 (dorsal mPFC) 活动促进了杏仁核的theta振荡活动;计算模型显示,杏仁核theta 振荡的变化可以预测基于模型的学习速度变化。该研究揭示了杏仁核与腹、背内侧前额叶皮层之间theta振荡支持跨物种恐惧学习的一般机制。

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基于变分自编码器的静息态fMRI数据的表征学习

静息状态功能性磁共振成像(rsfMRI)数据显示出复杂但结构化的模式。然而,在rsfMRI数据中,潜在的起源是不清楚的和纠缠的。在这里,我们建立了一个变分自编码器(VAE),作为一个生成模型可用无监督学习训练,以解开rsfMRI活动的未知来源。在使用人类连接组项目(Human ConnectomeProject)的大量数据进行训练后,该模型学会了使用潜在变量表示和生成皮层活动和连接的模式。潜在表征及其轨迹表征了rsfMRI活动的时空特征。潜变量反映了皮层网络潜轨迹和驱动活动变化的主梯度。表征几何学捕捉到潜在变量之间的协方差或相关性,而不是皮质连通性,可以作为一个更可靠的特征,从一个大群体中准确地识别受试者,即使每个受试者只有短期数据可用。我们的研究结果表明,VAE是现有工具的一个有价值的补充,特别适合于静态fMRI活动的无监督表征学习。

02

利用无创性头皮脑电图可以快速定位神经静默

一种快速、经济、非侵入性的检测和表征神经静默的工具在诊断和治疗许多疾 病方面具有重要的益处。我们提出了一种名为SilenceMap的算法,用于使用非侵入性头皮脑电图(EEG)信号揭示电生理信号或神经静默的缺失。通过考虑不同来源对记录信号功率的贡献,并使用半球基线方法和凸谱聚类框架,SilenceMap允许使用相对少量的EEG数据快速检测和定位大脑中的静默区。SilenceMap在使用不到3分钟的脑电图记录(13、2和11 mm对25、62和53 mm)以及对基于真实人体头部模型的100个不同模拟静默区域(12±0.7 mm对54±2.2 mm)进行估计方面,大大优于现有的源定位算法。SilenceMap为可访问的早期诊断和持续监测人类皮质功能的改变的生理特性铺平了道路。 1.简述 本文利用数据相对较少的头皮脑电(EEG)信号,为神经静默的非侵入性检测提供了理论和实验支持。我们采用静默或静默区域这一术语来指代大脑组织中神经活动很少或没有活动的区域。这些区域反映缺血、坏死或病变组织、切除的组织(例如,癫痫手术后)或肿瘤。皮质扩散去极化(CSD)也出现动态静默区,这是大脑皮层缓慢传播的静默波。 脑电图被越来越多地用于诊断和监测神经疾病,如中风和脑震荡。用于检测脑损伤的常用成像方法(例如磁共振成像(MRI)或计算机断层扫描)不是便携式的,不是为连续(或频繁)监视而设计的,在许多紧急情况下难以使用,甚至可能在许多国家的医疗机构中不可用。然而,许多医学场景可以受益于便携式、频繁/持续的神经静默监测,例如,检测肿瘤或病变大小/位置和CSD传播的变化。然而,非侵入性头皮脑电图在紧急情况下可以广泛使用,甚至可以在现场部署,但只有几个限制。与其他成像方式相比,它安装简单快捷,携带方便,成本较低。此外,与MRI不同的是,EEG可以从体内植入金属物体的患者身上记录下来,例如起搏器。 源定位VS静默定位。脑电图的一个持续挑战是源定位,即根据头皮脑电图记录确定潜在神经活动的位置的过程。挑战主要来自三个问题:(i)问题的性质不明确(传感器很少,源的可能位置很多);(ii)大脑和头皮之间的距离和层的空间低通滤波效应;以及(iii)噪声,包括外部噪声、背景脑活动以及伪像,例如心跳、眼球运动和咬合下巴。在应用于神经科学数据的源定位范例中,例如在事件相关电位范例中,头皮EEG信号在事件相关试验上聚集以求出背景脑活动和噪声的平均值,从而允许提取跨试验一致的信号活动。静默区的定位带来了额外的挑战,其中最重要的是如何处理背景脑活动:虽然在源定位中它通常与噪声归为一类(例如,有文章指出:“脑电数据总是受到噪声的污染,例如,外源性噪声和背景脑活动”),在静默定位中,估计背景活动存在的位置是直接感兴趣的,因为静默定位的目标是将正常的大脑活动(包括背景活动)从异常静默中分离出来。因为源定位忽略了这种区别,正如我们在下面的实验结果中所展示的那样,经典的源定位技术,例如多信号分类(MUSIC)、MNE(MNE)和标准化低分辨率脑电磁层析成像(SLORETA),即使在适当的修改之后,也不能定位大脑中的静默(“方法”详细说明了我们对这些算法的修改)。 为了避免平均背景活动,我们估计了每个源对所有电极上记录的EEG的贡献。这一贡献是以平均功率感而不是平均值来衡量的,因此保留了背景脑活动的贡献。我们的静默定位算法,称为SilenceMap,估计这些贡献,然后使用工具量化我们对静默区域的假设(连续、静默区域的小尺寸,并且仅位于一个半球)来定位它。正因为如此,另一个不同之处出现了:静默定位可以使用更多的时间点(比典型的源定位)。例如,采样频率为512 Hz的160秒数据为SilenceMap提供了大约81,920个要使用的数据点,提高了信噪比(SNR),而源定位技术通常仅依赖于几十个与事件相关的试验来平均和提取跨试验一致的源活动。 此外,我们还面临两个额外的困难:缺乏背景脑活动的统计模型,以及参考电极的选择。第一种情况是通过包括基线记录(在没有静默的情况下;我们在实验结果中没有基线)或利用半球基线来处理第一种情况,即在相对于纵向裂缝对称放置的电极上测得的功率大致相等(见图1B)。虽然这里使用的半球基线提供了相当精确的重建,但我们注意到这个基线只是一个近似值,实际的基线有望进一步提高精度。第二个困难是相关的:为了在功率上保持这种近似的半球对称性,最好利用纵裂顶部的参比电极(见图1A)。利用这些改进,我们提出了一种迭代算法,使用相对较少的数据来定位大脑中的静默区。在模拟和真实数据分析中,SilenceMap在定位准确性方面优于现有的算法,该算法仅使用128个电极上160秒的脑电信号来定位三名接受手术切除的参与者的静默区域。 2.结果 SilenceMap通过两个步骤定位静默区:(1)第一步在低分辨率源网格中找到一个连续的静默区,假设在此分辨率下,源在空间上是不相关的。在这个低分辨率的网格中,

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AI读心术:想象一下,计算机就可以重现意念中的画面

编译 | 人工智能头条 试想一下,你的电脑里存了成千上万张未分类的照片,然而只要你在脑海里想象一下初恋花儿般的脸,系统就可以自动帮你找到那张照片。又或者,不需要提笔,你就可以画出厨房设计草图。甚至,给你的爱人发一张唯美的日落照,尽管这张照片你从来没有拍到过。 显然,能够读懂人类在想什么(会读心术)的计算机在日常生活中大有用武之地,特别是对残疾人来说,他们急需一种高效的交流工具。 虽然这些场景听起来都非常梦幻,但是科学家们正在努力向这一梦想靠近。 如今,来自日本京都大学科学家们已经创造了一种算法,它可以解释并

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领券