23、生物与仿生系统中的信息传递研究

生物与仿生系统中的信息传递研究

1. 确定区域间皮质信息结构

在认知任务的实验中，我们常常需要分析不同实验条件下区域间结构的统计显著变化。对于给定的认知任务，当实验条件改变时，在群体层面上，我们可以比较不同实验条件下所有受试者在给定区域对的区域间测量值 $T_{k,v}(R_a → R_b)$ 和 $I_v(R_a; R_b)$ 的总体情况。
- 统计检验方法 ：如果有两个实验条件，我们使用 t 检验，原假设是两个总体没有差异。如果实验条件是一个数量（如任务难度水平），我们针对零相关的原假设，检验每个受试者的区域间测量值与任务难度的相关得分总体。通过转移熵（TE）测量，这些测试可以确定给定区域对的定向信息传递随实验条件的变化；通过互信息（MI）测量，测试可以确定区域间的共同信息随实验条件的变化。

2. 应用于功能磁共振成像（fMRI）实验数据

我们将上述确定区域间结构的方法应用于视觉运动跟踪任务的脑成像数据，并研究任务难度改变时该结构的变化。
- 视觉跟踪任务与血氧水平依赖（BOLD）数据采集 ：该实验的认知任务是让八名受试者用右手食指跟踪电脑屏幕上沿圆形移动的视觉目标。任务需要整合来自视觉输入、运动规划以及视觉和运动控制区域的信息。跟踪任务的难度分为四个不同级别，每个级别以 16.8 秒为一个块，每个难度级别采样 20 个块。在认知任务期间，对每个受试者进行功能磁共振成像（fMRI）EPI 数据采集，采样间隔为 2.8 秒，每个受试者每个难度级别有 140 个时间观测值。fMRI 成像的空间分辨率为 $3mm^3$，数据经过预处理并提取了任务期间活跃的 11 个区域的数据，具体区