文献1.大脑网络探索-不同尺度
2. 漫漫的探索之旅
人类大脑中存在利用正三角形网格来帮助定位的网格细胞，这些网格细胞为大脑提供了空间认知地图，它们使用了与通常地图中经线和纬线非常相似的方式，所不同的是人类大脑中的“导航系统”采用了三角形网格而不是方形网格，如图１所示。
图1 人类大脑中的“导航系统”使用的是由正三角形组成的网格
3.大脑网络的构建方法
构建方法必须把实验测量、理论分析与数值模拟计算相结合。为此，犗犾犪犳犛狆狅狉狀狊提出了从三个层次来建模的思想，即微观尺度（神经元）、中尺度（神经集群）和大尺度（脑区域）。图３表示出了探索大脑网络的不同层次：神经元、局部神经线路、集成圆柱神经和大脑皮层区域。
图３ 大脑网络的不同层次
- 第一步：利用实验技术手段采集数据。
- 第二步：基于上述获得的大脑皮层的影像数据来构造大脑网络。
- 第三步：关键一步是确定网络矩阵元素的阈值。
- 第四步：根据全部节点之间的连接度量矩阵，最后得到邻接矩阵，产生大脑结构或功能网络图。
- 第五步：理论分析和计算，得到大脑网络的主要拓扑特性和动力学性质。
4.大脑网络的基本研究方法
大脑网络的研究思路有两种：基于数据驱动的研究和基于计算模型的研究。
5.大脑网络的三大类型
目前，利用网络科学的方法，把大脑网络的描述方式分为三大类型（图６）。
图６ 描述大脑网络的三大类型
（１）大脑结构性网络。它是由神经元突触之间的电连接或化学连接构成，这类大脑网络一般是通过从哺乳动物大脑的实体解剖或利用核磁影像的方法来构建的结构性网络。
（２）大脑功能性网络。它描述皮层神经网络各节点之间的统计性连接关系，是一种无向网络，该网络的构建基于相位同步分析和互相关联等方法，利用EEG，MEG，fMRI等信号来构建。
（３）大脑效用性网络。描述皮层神经网络各节点之间的相互影响或信息流向，此为有向网络。相对于第二类型（功能性网络）而言，效用性网络还考察它们之间相互作用关系的强弱。
6.大脑皮层的功能性网络
利用模型动物（猫、猴子和斑马鱼等）大脑实验测量动物的脑皮层连接映象。主要结果表现如下：
①拓扑分析揭示了在大标度猫和人脑皮层功能网络都确认脑皮层功能网络具有小世界特性和无标度特性（度分布具有幂律）
②网络结构连接度与动力学密切相关。
③在不同层次上的网络结构确定了不同的功能，大脑网络能够在功能的分离与集成两者之间自适应地达到平衡。
④需要扩散张量成像技术确定在认知过程中大脑社区的位置，以及大标度功能网络与微标度的神经动力学之间的关系。
7.大脑结构与功能之间的关系
（１）对同一研究对象分别观测反映脑结构的数据（如DTI等）和反映脑功能的数据（如fMRI，EEG等），然后比较同一研究对象的结构性网络与其功能性网络之间的关系。
（２）基于脑计算模型而不采用实验观测数据，这种研究思路往往把一个神经动力学方程定义为一个脑节点，把动力学方程之间的耦合关系看作节点之间的结构性连接，然后对每个节点（也即动力学方程）分别观测其某一个或几个选定的状态变量，并由这些观测到的状态变量的数据估计各节点之间的功能性连接关系，最后研究这种仿真得到的功能性连接和结构性连接之间的关系。
（３）综合实验数据和计算模型，也就是基于实验观测得到的结构性连接关系来确定所建立的计算模型的耦合关系，然后再基于计算模型研究脑结构与脑功能的关系。这种方法集成了前两种研究思路的优点，得到的研究结果比较可信。
NMM计算模型研究发现：结构性的损伤能影响远离该损伤区的脑区的功能性网络，结构性损伤对两个脑半球的功能性连接均有影响，且基于结构性损伤可部分地预测功能性连接的变化。
8.效用性大脑网络
网络节点之间连接的方向性是网络另一个重要方面。功能性脑网络是无向网络，它由脑区的功能性信号之间的统计关系来构建的。效用性脑网络则有方向性的脑功能连接，它在统计上描述节点之间的因果关系，反映信息在节点之间的传播方向。
网友评论