对大脑奥秘的揭示是科学家长期以来梦寐以求的科学尖峰。在上个世纪末,欧美和日本的“脑十年”研究计划推动下,从分子与细胞、系统、认知、行为等方面对人脑认知功能及其神经机制进行多层次、跨学科的综合研究已经成为当代科学发展的主流方向之一。脑成像技术(如:PET、fMRI等)的飞速发展,使人类真正实现了在无创伤条件下记录脑的智力活动,对脑的动态行为进行观测,对由脑病变引起的各种疾病及脑功能进行结构定位和功能定位。这些技术不仅为人类“理解脑”、“保护脑”、“开发脑”和“创造脑”提供了必要的技术手段,同时也为脑信息获取与处理方法论的研究、对脑高级认知功能的研究提供了一个广阔的空间。
北京师范大学信息科学承担了教育部骨干教师资助计划项目“脑功能成像信息处理和高级认知功能的研究”。在该项目实施近三年的时间里,学院依托教育部“脑认知与学习”重点实验室,学院主要在两方面开展深入细致的工作,并取得了积极的进展。
首先,脑数据处理的方法论研究:将已有的非线性动力学理论、信息处理技术及多元统计等应用于脑数据的处理,建立了一个适合脑功能、脑结构研究的脑电图(EEG)和功能核磁共振成像(fMRI)的数据采集、处理和分析的计算机化系统,将研究成果积极的应用于认知信息的处理、疾病病理的研究。其次,脑信息处理的动力学研究:从复杂系统的角度,运用非线性动力学理论、神经网络和数理统计方法,对认知过程中信息在大脑相关部位之间的传递和表达、认知过程中的动力学演化过程等问题进行探讨,为认知和脑信息处理提供新概念和新算法。更为具体的切入点是:对大脑皮层在智能活动中的EEG、ERP等数据进行科学记录,定量计算这些数据的动力学特征量;从而揭示其内在的动力学机制,探讨大脑皮层各功能区之间信息传递的关系和相应的特征标志量,为定性与定量认识脑思维过程提供科学依据。此外,目前我们正在利用磁共振(MRI)数据构建用于脑功能分析和脑疾病辅助诊断的中国儿童标准脑的模型。这项研究的主要意义在于:研究成果将为脑信息的处理与定量的分析提供了更精确的手段;中国儿童标准脑的研究将为揭示种族之间的脑的差异、了解我们中国人脑的自身特点提供可靠的依据。
上述研究工作是脑科学中有价值的基础性工作,需要多领域和跨学科的协作,这些研究工作的成果不仅有助于进一步揭示人脑思维的秘密,同时它与医学领域的结合也从一个侧面为人脑疾病的治疗提供了新的理论依据。
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