评审组:基础研究组
项目名称:神经系统跨尺度动力学机理及大脑认知行为研究
提名单位: 陕西省教育厅
提名等级:一等奖
提名单位意见: 本项目扩展和丰富非线性动力学理论和复杂网络分析方法, 在神经元、功能区域及全脑网络三个层次对脑认知原理和神经疾病发病机理进行了跨尺度研究。 从神经元和功能区域层面, 构建新的胶质细胞动力学模型, 揭示了胶质细胞功能异常诱发神经癫痫、磁辐射抑制神经兴奋性的动力学机理; 从全脑网络层面, 提出新的脑网络分析理论, 揭示了大脑结构拓扑特性和功能模式之间相互耦合实现不同认知功能的动力学机理,给出了儿童注意力缺陷多动症(ADHD) 患者网络异常的特征指标,解决了临床 ADHD 患者缺少快速诊断量化指标的问题。 研究成果丰富了人类认知的现代网络神经科学理论,促进了非线性动力学、网络科学以及脑神经科学领域的深度交叉融合,为癫痫等神经性疾病的早期诊断治疗提供了坚实的理论支撑。
项目简介:

客观评价:

代表性论文专著目录:

主要完成人情况:
  1. 姓名:吴莹
    排名:1
    行政职务:无
    技术职称:教授
    工作单位:西安交通大学
    完成项目时所在单位:西安交通大学
    对本项目主要学术贡献:负责项目的规划、组织和实施,发表SCI论文近100篇,发明专利和软著10项。代表作2,3,5的通讯作者,代表作1,4的主要完成人,专著主编、1个知识产权的通讯作者。从神经元和功能系统层面,研究了胶质细胞诱发癫痫等异常放电的动力学机理,首次构建了考虑Kir4.1通道的胶质细胞模型;从全脑网络层面,研究了大脑结构网络支持功能网络实现信息处理和认知的动力学机理,首次提出基于特征模态的脑复杂网络分析理论。成果孵化了脑网络数字分析系统(BrainMat),具备适用范围广、数据信息利用率高、应用门槛低的优点,面向多学科用户提供服务;开发了脑创智能-癫痫识别预测专家硬件设备,增强了脑电解读能力。
  2. 姓名:王荣
    排名:2
    行政职务:无
    技术职称:副教授
    工作单位:西安交通大学
    完成项目时所在单位:西安交通大学
    对本项目主要学术贡献:代表作1,2和专利的主要完成人。针对脑网络分离与整合平衡无法准确量化的难题,建立了基于特征模态思想的大脑复杂网络分析理论,将脑网络研究从复杂网络领域扩展到力学领域,为脑疾病、脑认知的定量刻画提供了一种有效手段,具有重要的科学意义与潜在的临床应用价值。
  3. 姓名:独盟盟
    排名:3
    行政职务:无
    技术职称:讲师
    工作单位:陕西科技大学
    完成项目时所在单位:西安交通大学
    对本项目主要学术贡献:代表作5和专著主要完成人。揭示了胶质细胞缝隙连接异常诱发癫痫放电活动的机理;发现了胶质细胞缝隙连接功能异常会导致胞外钾离子缓冲延迟,进而诱发神经元产生自发性癫痫放电;构建了首个胶质细胞依赖门控的 Kir4.1通道模型,揭示了星形胶质细胞Kir4.1通道调控神经系统钾离子浓度的变化规律,以及Kir4.1通道异常诱发神经元网络癫痫放电的机理。
  4. 姓名:李佳佳
    排名:4
    行政职务:无
    技术职称:副教授
    工作单位:西安建筑科技大学
    完成项目时所在单位:西安交通大学
    对本项目主要学术贡献:代表作3和专著的主要完成者。揭示了外源性电磁辐射调控下神经元放电分岔规律,发现了电磁辐射抑制神经元放电的机理;揭示了电磁辐射调控神经元网络行波传播规律,证明了电磁辐射抑制神经元网络信息传递的机理;揭示了胶质细胞谷氨酸振荡异常调控神经元癫痫放电状态的转迁规律,发现了胶质细胞转运体异常参与癫痫发作的机理。
  5. 姓名:林盘
    排名:5
    行政职务:无
    技术职称:教授
    工作单位:湖南师范大学
    完成项目时所在单位:西安交通大学
    对本项目主要学术贡献:代表作4主要完成人。采用复杂网络分析新技术研究ADHD患者脑机制,发现ADHD患者的大脑功能网络拓扑性显著改变,整体效率显著降低,最短路径长度增长,网络的模块化程度显著提高,同时节点的局部效率和聚类效应增强;揭示了ADHD患者的大脑功能网络整体与局部拓扑属性异常从而造成患者注意力降低、多动等症状的机理。
  6. 姓名:周律
    排名:6
    行政职务:无
    技术职称:工程师
    工作单位:西安交通大学
    完成项目时所在单位:西安交通大学
    对本项目主要学术贡献:软著的参与者。该项目集成了动态大脑功能矩阵建立及分离整合动态指标计算等多种功能。应用滑动时间窗的方法,计算神经信号序列之间的相关性,建立动态大脑功能连接,进一步进行模块分析及分离整合计算。通过划分功能连接矩阵各阶模块,判断大脑处于分离整合的程度,统计认知功能相关的脑网络动力学特征参数。
主要完成单位:
  1. 单位名称:西安交通大学
    单位贡献:成果主要完成单位

  2. 单位名称:西安科技大学
    单位贡献:代表作 1 的完成单位

完成人合作关系说明: 完成人合作关系说明:1
陕西省科技厅成果处