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脑网络通信: 概念、模型和应用

摘要:理解神经系统中的交流和信息处理是神经科学的中心目标。在过去的二十年中,连接组学和网络神经科学的进步为研究复杂大脑网络中的多突触通信开辟了新的途径。最近的研究对连接体信号仅通过最短路径发生的主流假设提出了质疑,这导致了大量替代网络通信模型的出现。本文综述了脑网络通信模型的最新进展。我们首先从图论的数学和神经信号传导的生物学方面(如传输延迟和代谢成本)之间的概念联系开始。我们将关键的网络通信模型和措施组织到一个分类法中,旨在帮助研究人员在文献中导航越来越多的概念和方法。该分类学强调了连接体信号传导不同概念的优点、缺点和解释。我们通过回顾在基础、认知和临床神经科学中的突出应用,展示了网络通信模型作为一种灵活、可解释和易于处理的框架来研究脑功能的效用。最后,对未来网络通信模型的发展、应用和验证提出了建议。

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想了解概率图模型?你要先理解图论的基本定义与形式

图论一直是数学里十分重要的学科,其以图为研究对象,通常用来描述某些事物之间的某种特定关系。而在机器学习的世界里,我们希望从数据中挖掘出隐含信息或模型。因此,如果我们将图中的结点作为随机变量,连接作为相关性关系,那么我们就能构造出图模型,并期望解决这一问题。本文将为构造该模型提供最基础的概念。 我们都知道机器学习里的决策树,其可以表示为给定特征条件下类的条件概率分布。并且我们知道决策树由结点和有向边组成,结点又由表示特征的内部结点和表示类的叶结点构成。而通常决策树的学习又包括了特征的选择、决策树的生成和决策

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基于图论的复杂脑网络分析中的常用指标

目前,基于图论的复杂脑网络分析技术是当前脑科学研究的热点,在脑科学领域的应用是复杂脑网络理论的一个重要分支。不论你的研究技术采用的是EEG、MEG、fMRI还是DTI,不论你研究的正常的大脑高级认知过程还是诸如精神分裂等疾病的脑功能/结构异常变化,复杂脑网络技术都可以作为一个十分强大的分析工具应用于上述情况。目前,大量的研究成果已经证明,大脑既不是一个完全的随机网络(random network),也不是一个完全的有序网络(regular network),而是具有“经济性的”小世界网络特性。所谓的小世界网络(Small-word network),是指其具有较小的特征路径长度L和较大的聚类系数C,换句话说,小世界网络的L、C处于有序网络和随机网络之间。由于运用复杂脑网络分析技术需要一定的数学基础和对图论较好的理解,使得很多研究者对复杂脑网络理论望而却步。这里,小编以较为通俗的语言给大家介绍几个复杂脑网络分析中的常用指标,以期和大家共同学习、共同进步。

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