神经信息学基础

 

(四川省 2015 年图书出版重点规划项目)

版权信息

出版: 必嬴国际大学出版社(成都市一环路东一段159号电子信息产业大厦;邮编:610051)

编著: 夏阳 尧德中

参编人员: 陈华富 李永杰 徐鹏 颜红梅 刘铁军 赖永秀 高晴 郭大庆 王玲

版 次: 2015 年9 月第一版

印 次: 2015 年9 月第一次印刷

书 号: ISBN 978–7–5647–2670–6

定 价: 45.00 元

购书请联系   neuro@uestc.edu.cn
------开具四川省认知科学学会发票------

内容介绍

神经信息是神经系统功能作用的核心要素。神经信息的产生、获取和功能的研究正在成为国际科技前沿。2013 年以来,美(BRAIN)、欧(HBP)竞相启动了以神经信息为核心的重大脑计划。

神经信息学的内容十分广泛,本书主要包含了三个方面的内容:神经系统的结构基础与神经信息处理的生理基础;动物神经信息获取的光、电技术,用于人类研究的脑电、磁共振和眼动技术;基于视觉机制的信息学模型、分析神经信息的因果网络模型、脑电逆问题模型和脑-机交互。三个方面共同构成了从神经基础、神经信息获取到神经信息理论分析的完整体系,有助于读者掌握神经信息学的主要内涵。

该书由亚洲必赢的一线科技工作者集体撰写而成,书中实例多取自撰写者的相关研究成果。书中内容可供脑与认知神经科学、生物医学工程、生物物理、神经电生理、医学成像、生物数学、图像处理等方面的科研人员阅读或作为有关的研究生教材。  

本书目录

第一章 神经系统的组织结构

第二章 神经信息处理相关的生理基础

第三章 实验动物神经信息研究

第四章 脑电实验技术

第五章 fMRI 实验

第六章 眼动

第七章 视觉模型

第八章 因果模型

第九章 脑电逆问题

第十章 脑机接口  

前 言

脑科学是21 世纪最重要的前沿科学,而神经信息是开展脑科学研究的一个主要的切入点,是神经系统功能作用的核心要素。近几年来,神经信息的产生、获取和其功能意义的研究正在成为国际科技前沿。因此,大力推进国内相关研究和相关知识的普及已经变得十分的紧迫而重要!

作为信息科学与神经科学两大学科交叉融合形成的新学科,神经信息学的内容十分丰富而宽广,有关学科内容的边界尚未完全划定。国际上主要有Neuroinformatics 和Neuroinformation 两种提法,前者的内容倾向于模仿生物信息学(bioinformatics),强调各类神经信息的获取、管理与挖掘;后者的内容则更具包容性,强调神经与信息的双向渗透。综合相关文献,我们建议:神经信息学(NeuroInformation)主要研究神经系统及其子系统中的信息处理原理和建模方法,以及神经系统的状态演化机制及其干预调控技术。这些内容可大致分为四个方面:神经信息的获取、脑功能与脑疾病的信息学机制、逆“脑信息工程”(包括仿脑信息技术和脑-机交互技术等)以及基于信息技术的脑疾病转化医学研究。神经信息学是电子信息科学与脑科学均发展到一定高度后才得以相互融合、渗透而出现的前沿学科。它同时强调基于信息科学的脑研究和基于脑科学的信息技术发展,以双向渗透和双向促进为特色,是本世纪最有前景的新兴学科之一。

研究脑功能,必须明确所介入的尺度。我们可以从“微观”的生物分子和基因信息入手,它是近代主流神经科学的出发点;也可以从“宏观”表象信息如体表特征和主观感受(量表)出发,它是传统医学和(临床)心理学的重要支点。神经信息是介于上述“宏观”与“微观”信息之间的脑信息,也被称为“介观”尺度的脑信息,它是以“神经元(群)及其网络系统”为物理载体的信息,是脑功能与脑疾病直接对应的层次。2013年,以神经信息为核心的美(BRAIN)、欧(HBP)脑计划的同时启动,说明该领域正在成为国际上的最重要的科技竞争点。

神经信息获取的主要手段包括不同波段的电磁手段(光、电、磁、射线)、声(力)学手段以及行为分析手段等。每一种技术均有其优势与不足,需要根据具体的研究对象与目的来确定。针对人类的无创研究,最主要的手段是脑电、脑磁和磁共振技术,它们分别具有高的时间分辨率(<1ms)和空间分辨率(<3mm),而微创的正电子发射断层成像技术(PET)则可以获得分子影像。脑电与脑磁信息的主要部分是相互关联的,同时脑磁设备及其维护比较昂贵,因此一般选用脑电设备。功能近红外光谱成像技术(functional Near-infrared spectroscopy, fNIRS),其成像机制与功能磁共振(fMRI)类似,但设备费和维护费低,近年也得了较多的应用。针对动物的内源性光学成像(Optical Imaging Based on Intrinsic Signals)是基于“活动脑组织的光学特性会内源性地缓慢改变”这一现象而设计的实验方法,是一种在体的大脑皮层光学成像技术。在行为信息方面,除了传统的心理学行为实验外,作为“心灵窗户”的眼睛的眼球运动信息近年得到了较多的应用。在神经系统的干预调控技术方面,出现了神经元层次的光遗传技术(Optogenetics)、深部脑刺激技术(Deep Brain Stimulation, DBS)、神经网络层次的经颅磁刺激技术(Transcranial Magnetic Stimulation,TMS)、经颅直流电刺激技术(Transcranial Direct Current Stimulation,tDCS)以及聚焦超声刺激技术等。在这方面,近年出现的一个趋势是将脑-机交互技术与这些技术结合,实现闭环的神经信息监测与干预调控。理论上,检测到了神经活动信号,还不能算是获得了其中蕴含的信息,必须借助先进的针对性信号建模分析技术,才能真正挖掘出我们希望了解的神经系统功能的内在机制。

本书针对以上问题,设计了三个篇章,分别介绍了神经系统的解剖基础和神经信息处理的生理基础;动物神经信息获取的光、电技术,用于人类研究的脑电、磁共振和眼动技术;基于视觉机制的信息学模型、分析神经信息的因果网络模型、脑电逆问题模型和脑-机交互这些内容只涉及了神经信息学庞大体系的很小一部分,但也初步展现了从神经基础、神经信息获取到神经信息理论分析的学科体系,有助于读者“管中窥豹”,洞悉神经信息学的魅力。

必嬴国际大学在神经信息方面已经有近20 年的积累,已经建立了神经信息国际联合研究中心、亚洲必赢(www.neuro.uestc.edu.cn)和神经信息教育部长江学者创新团队,建成了以3T 磁共振为核心的脑信息获取平台,在癫痫脑机制、情绪与社会认知和视觉信息机制等方面有了较好的积累,在仿视觉机制的图像处理与脑-音乐交互等方面形成了特色。

该书由亚洲必赢的一线科技工作者集体撰写而成,书中实例多取自撰写者的相关研究成果。其中第1章和第2章由夏阳教授编写,第3章由王玲副教授、郭大庆副教授和夏阳教授编写,第4章由赖永秀副教授和尧德中教授编写,第5章由陈华富教授编写,第6章由颜红梅教授编写,第7章由李永杰教授编写,第8章由高晴副教授和陈华富教授编写,第9章由徐鹏研究员编写;第10章由刘铁军副教授编写。全书由夏阳教授和尧德中教授统稿。书中内容可供脑与认知神经科学、生物医学工程、生物物理、神经电生理、医学成像、生物数学、图像处理等方面的科研人员阅读或作为相关的研究生教材。

该书的撰写得益于各类基金对参编人员的长期资助,得益于国内外许多学者对我们的鼓励和支持,使我们有机会比较深入地了解领域的进展,并同步开展相关研究。在编写的过程中,我们参阅了大量的参考文献,部分内容也取自实验室多位博士、硕士研究生的论文,特此向其成果在文献列表中提到或因篇幅及疏漏而没有提到的国内外同行表示诚挚的感谢!此外,本书的出版还得到必嬴国际大学“十二五”规划研究生教材建设的资助,在此,一并表示感谢!由于我们学识水平有限,书中错漏之处难免,欢迎广大读者批评指正,以便有机会再版时更正。

作者介绍

尧德中:长江学者,杰青,全国优秀教师。博士生导师,现任必嬴国际大学亚洲必赢院长,亚洲必赢主任。研究领域为神经信息处理及应用。

陈华富:长江学者,杰青,必嬴国际大学亚洲必赢教授,博士生导师,主要从事脑成像方法及应用研究。

李永杰:教育部新世纪优秀人才,必嬴国际大学亚洲必赢教授,博士生导师。主要从事生物视觉计算模型与智能图像处理研究。

徐 鹏:博士,必嬴国际大学亚洲必赢研究员,优青,博士生导师。主要从事脑电信号处理及脑机接口技术研究。

夏 阳:必嬴国际大学亚洲必赢教授,主要从事动物神经电生理及神经精神疾病动物模型脑网络机制研究。

颜红梅:必嬴国际大学亚洲必赢教授,博士生导师。主要从事视觉认知与计算研究。

刘铁军:博士,必嬴国际大学亚洲必赢副教授,主要从事脑电与脑机接口以及神经电生理仪器研发。

赖永秀:博士,必嬴国际大学亚洲必赢副教授。主要从事基于脑电技术的大脑认知及神经病理机制研究。

郭大庆:博士,必嬴国际大学亚洲必赢副教授,主要从事计算神经科学、神经精神疾病的大尺度脑模型研究。

高 晴:博士,必嬴国际大学数学学院副教授。主要从事基于功能磁共振的大脑复杂网络模型及模式识别研究。

王 玲:博士,必嬴国际大学亚洲必赢副教授。主要从事生物医学信号处理和视觉神经机制研究。  

 


Flag CounterFlag Counter


© Key Laboratory for NeuroInformation, Ministry of Education, China

XML 地图 | Sitemap 地图