【摘 要】
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人脑是迄今为止自然界中最复杂的生物系统,其神经元细胞通过突触彼此连接,形成高度复杂的脑连接网络.越来越多的证据表明,脑连接网络分析不仅成为理解大脑工作机制的重要途径,也为挖掘神经或精神疾病的生物标志物方面提供了一种全新视角.目前,研究者已经提出了多种脑连接网络的估计方法,如全相关(如皮尔逊相关系数)、偏相关、正则化的偏相关(如稀疏表示)等.即使这些方法在一定的实际应用领域取得了成功,仍存在一些弊端
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人脑是迄今为止自然界中最复杂的生物系统,其神经元细胞通过突触彼此连接,形成高度复杂的脑连接网络.越来越多的证据表明,脑连接网络分析不仅成为理解大脑工作机制的重要途径,也为挖掘神经或精神疾病的生物标志物方面提供了一种全新视角.目前,研究者已经提出了多种脑连接网络的估计方法,如全相关(如皮尔逊相关系数)、偏相关、正则化的偏相关(如稀疏表示)等.即使这些方法在一定的实际应用领域取得了成功,仍存在一些弊端.其一,由于被试呼吸、心跳等生理因素的干扰,加之扫描过程中难免产生轻微头动,导致获取的磁共振影像数据不可避免地包含结构噪声,从而判定基于上述方法估计的脑连接网络不一定可靠;其二,一个理想的脑连接网络应是稀疏且低秩的,但基于上述方法得到的网络大多包含冗余的连接,即使得到稀疏的网络,也需要人为地去设定超参数(如阈值或正则化项).基于此,本文分别对于上述两类问题进行重点研究,具体如下:1)基于变换空间的思想提出自适应的脑连接网络学习模型,通过将数据变换到低维空间,从而提高数据的质量.此外,提出的方法利用单一的数学模型同时完成数据质量提高与功能连接网络的学习.为了验证提出方法的性能,本文分别进行了轻度认知障碍患者与正常人以及自闭症患者与正常人两组对比实验,且获得的结果发现,提出的方法相比于对比方法性能方面表现更好.2)基于无超参数模型提出脑连接网络学习方法,不仅有效地规避了超参数的选择问题,而且能够自动地获取稀疏的脑连接网络.为了验证提出方法的可靠性,本文依旧进行了轻度认知障碍患者与正常人以及自闭症患者与正常人两组对比实验.实验结果发现,即使提出的方法不包含任何的超参数,在七种性能指标下获得的结果仍具有可比较性.
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