毕业设计（论文）-基于小世界网络分析的孤独感人群脑机制研究.docx

编 号： 审定成绩： 重庆邮电大学毕业设计（论文） 设计题目：基于小世界网络分析的孤独感人群脑机制研究 学 院 名 称 ：生物信息学院学 生 姓 名 ：王 专 业 ：生物医学工程班 级 ：0611101学 号 ： 指 导 教 师 ：田答辩组 负责人 ：李 填表时间：2015 年 6月重庆邮电大学教务处制重庆邮电大学生物信息学院毕业论文（设计）诚信承诺书 1.本人郑重地承诺所呈交的毕业论文（设计），是在指导教师的指导下严格按照学校和学院有关规定完成的。2.本人在毕业论文（设计）中引用他人的观点和参考资料均加以注释和说明。3.本人承诺在毕业论文（设计）选题和研究内容过程中没有抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。4.在毕业论文（设计）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。毕业论文（设计）作者签名： 年 月 日1重庆邮电大学本科毕业设计（论文）摘 要孤独感，是一种不愉快的，令人痛苦的主观体验或心理感受。大多数人都体验过孤独的痛苦，如果这种心理得不到恰当的疏导或解脱而发展成习惯，就会变得性情孤僻古怪，甚至有可能会变成孤独症。长期或严重的孤独感可引发某些情绪障碍，降低人的心理健康水平。孤独感还会增加与他人和社会的隔膜与疏离，而隔膜与疏离又会强化人的孤独感，久之势必导致疏离的个人体格失常。孤独感产生原因众多，本文主要从孤独感人群的脑机制进行研究，以此为孤独感的改善提供一些参考。本文介绍了小世界网络理论的基本内容，并对WN网络模型进行了系统介绍。在研究方法上，本文基于小世界网络理论，对孤独感人群的脑部采集数据，并构建网络。应用Gretna软件进行参数分析，进而判断出孤独感人群的脑网络具有小世界特性。【关键词】小世界网络 孤独感人群 统计参数图ABSTRACTLoneliness is an unpleasant, painful subjective experience or psychological feelings. Most people have experienced the pain of loneliness, if not the right kind of psychological counseling or relief and development into the habit, it will become eccentric temperament eccentric, there may even become autism. Prolonged or severe loneliness can lead to some mood disorders, reduce the persons mental health. Loneliness will increase the diaphragm with others and social alienation, and diaphragm and alienation will strengthen peoples sense of loneliness, a long time will inevitably lead to the alienation of the individual physical disorders. Loneliness produce a number of reasons, this paper studied the brain mechanisms of loneliness from the crowd, in order to provide some reference for improving Loneliness. This paper introduces the basic content of the small-world network theory, and WN network model of the system introduced. In research methods, the paper-based small-world theory, the brain data collect on peoples loneliness, and build networks. Gretna application software for parametric analysis, and then identify the loneliness of people brain networks with small world.【Key words】Small world network Loneliness crowd SPM 目 录第一章 绪论1第一节 课题研究背景1第二节 课题研究内容及意义1第三节 国内外现阶段的研究2第四节 论文章节安排2第二章 小世界网络理论及孤独感分析4第一节 小世界网络理论4一、小世界网络的拓扑模型4二、小世界网络的统计特性6三、小世界网络的人脑研究7第二节 孤独感人群及研究现状8一、孤独感的定义8二、孤独感产生的原因8三、孤独感的改善方法9第三节 本章小结10第三章 孤独感人群FMRI数据的处理11第一节 数据的预处理11一、数据预处理软件SPM11二、数据预处理步骤12第二节 大脑功能连接网络的构建15一、功能连接矩阵的构建15二、阈值选择16三、功能连接网络的小世界性分析16第三节 本章小结17第四章 总结与展望18致 谢19参考文献20附 录21一、英文原文21二、英文翻译2832第一章 绪论第一节 课题研究背景 随着物质生活的不断丰富，工作压力的增大，现代社会人们的精神疾病呈现爆发性增长。每个人在一生中都或多或少地体验到孤独感。如果患有孤独感的人得不到恰当的疏导或解脱，而发展成习惯，就会变得性情孤僻古怪，严重的甚至有可能会变成孤独症。孤独症因其发病原因复杂，治疗困难，患者人群日益增多。据统计，我国，仅儿童病例，孤独症病患与其相关的智障儿童已高达总人口比例的1.5左右。在内地，估计约有100万名病患儿童，且发病率以每年10%至17%速度增长1。从世界范围内来看，孤独症的发病率大约在1%左右。在性别分布上，男性患者比例明显大于女性，但因男女体质的差异，往往女性患者发病时症状较男性严重，并且绝大多数的孤独感人群还伴随有其他疾病2。在病症的研究治疗上，发达国家对孤独症的重视程度和认识普遍较高，政府、基金会、大学和研究机构，投入了大量的资金和人力资源。与发达国家相比较而言，目前我国对孤独症的重视不足，认识相对滞后，临床诊断和治疗资源严重匮乏。在相应的研究及诊疗投入上，我国力度较小。因此，中国非常需要提高社会对孤独感人群的认识程度，增大注资力度，增强临床方面和基础研究的投入，促进临床医生和研究学者的学术交流1。第二节 课题研究内容及意义长久以来，对孤独感人群的病理机制研究一直是脑科学领域一个挑战。孤独感是一种主观上的社交孤立状态，伴有个人知觉到自己与他人隔离或缺乏接触而产生的不被接纳的痛苦体验。通常认为孤独感是大脑各个脑区域之间的相互作用产生异常变化形成的。本课题主要研究孤独感人群的脑部机制的小世界网络特性，以此了解孤独感人群的脑网络的特征，从脑部网络的角度，研究孤独感的改善方法。本次课题研究，我们首先构建静息状态正常被试的脑功能网络，对数据进行皮尔逊相关处理，再对得到的矩阵进行标准化。在一定阈值下分析其小世界网络特性，以此探究静息状态下孤独感人群脑功能网络的特点。第三节 国内外现阶段的研究多项研究表明孤独感的早期诊断、早期治疗非常重要。在孤独感的研究中，我们通常借鉴孤独症的有关研究。2007年2009年间，相继发表了探讨孤独症的致病因素的200余篇论文，临床表型多样，尝试在孤独症谱系障碍中能够找寻到相同的遗传因素，从而寻找生物标记物用于早期诊断和早期干预。美国波士顿孤独症联盟，由12家大学、研究所和医院的基础和临床专家组成，至今来已经取得了许多重要成果。不仅规范美国诊断标准，还收集几千例病患样本。在病症的研究上，研究发现拷贝数变异等多种孤独症的遗传因素，发现有可能用于早期诊断的分子标记物2。国内方面2006年至2011年间，以孤独症为篇名的硕士论文就有123篇、博士论文17篇，分别是2005年之前所发表硕士论文总数和博士论文总数的6.8倍和4.3倍；随着孤独症研究的活跃，孤独症教育的康复则渐渐趋近于法制化和规范化。2009年12月，中国孤独症联盟成立，其目标主要包括：国内公共机构对孤独症谱系障碍认识的提高；标准化诊断标准的建立；全国范围内关于流行病的筛选检查；推荐孤独症研究的国际交流；建立综合行为和分子诊断的国内早期诊断标准；孤独症病患的行为干预和药物治疗的有效措施的建立3。第四节 论文章节安排本课题研究内容涉及认知科学和信号处理两大学科领域。运用图像处理，小世界网络理论等方法，结合解剖学、神经科学、认知科学的结论，分析FMRI数据，探索孤独感人群脑网络的工作机制。第一章 绪论 本章节就课题研究的背景、内容、意义以及国内外研究现状展开。并介绍了本课题论文的主要研究内容及组织结构。第二章 小世界网络理论及孤独感人群的综述，阐述了小世界网络理论的基本内容，小世界网络模型的构建及网络特征，同时对孤独感人群的定义，产生原因，改善方法进行了介绍。第三章 孤独感人群脑部数据的处理和小世界网络建模与特性分析。首先介绍了SPM8预处理软件，继而描述了数据的处理过程。然后结合小世界网络理论构建网络模型，并分析了孤独感人群脑部小世界网络的功能特性。第四章 最后总结展望，对全文的工作进行总结，对孤独感人群脑机制的研究的工作简要介绍。第二章 小世界网络理论及孤独感分析第一节 小世界网络理论小世界网络理论，最初是由社会心理学专家在研究人类社会关系网络性质时发现的。1967年，Stanley Milgram进行了一个实验，寻找了300个志愿者，让他们通过各自的朋友和他们的朋友，形成一条尽量短的传递链，将一封信送寄到一个指定的目标人物那里。实验结果发现，平均经过大约6次的转寄，信件就能够送达到目标人物手中，这个实验的结果通常被称作“六度分离”现象。此后研究发现，现实中，许多网络的任意两个节点间的距离都恰好处于一个相对较小的固定值左右，这一理论一般被人们称作“小世界理论”4。一、小世界网络的拓扑模型在1998年, Watts和Strogatz通过基于人类社会网络的研究，提出“小世界网络”的概念,并建立了WS模型。模型通过调节一个参数，能够在规则网络与随机网络之间过渡。实际研究结果表明,大半的真实网络都表现出小世界的两大特性：特征路径长度，聚类系数。传统的规则下，最近邻耦合网络表现出高聚类的特性,但并未显示小世界特性；ER随机网络表现出小世界特性，但其却高聚类特性却没有. 因此，两种传统的网络模型，均不能较好表示真实网络. 在Watts和Strogatz建立的WS小世界网络模型中，介于这两种网络之间,具有小世界特性和聚类特性,可以更好的表示真实的网络5。WS模型的构建如下：1、规则图开始：一个最近邻耦合网络包含N个点，并且相互之间围成一个环，各个节点和其两边相邻的K/2节点相连，K是偶数。2、随机化重连：网络中，随机的连接每一个边概率为p,也就是边上的一端点不变，另一端点为随机选择的节点。规定，任何两个不同节点间有一条边或没有，且各个节点均不能出现边与本身相连接的情况。在模型的相关理论中，p=0为完全规则网络，p=1为完全随机网络，在01间调节p的值，就可以实现从完全规则网络到完全随机网络的变化，从图中可以看出，小世界模型是处于规则网络和随机网络之间的模型6。图 2.1 完全规则网络p = 0 图 2.2 小世界网络p = 0.1图 2.3 完全随机网络p = 1二、小世界网络的统计特性1、平均最短路径网络的平均最短路径(average shortest paths)可以较好的描述网络的连通性。网络中节点i 和节点j之间的距离dij ,即是连接两节点最短路径边数。平均最短路径长度L，为网络中随机两点间最短路径的平均值,即L=112NN-1ijdij (2-1)其中N 为网络的节点数。2、度与度分布在单独节点的属性中，度(degree)是便于理解而又重要的概念。节点的度，是指该节点相关联的对应边的数目。度分布(degree distribution)指各节点在网络中的度分布, 通常我们记为 p(k)，p(k)相当于在随机一致的原则下，挑选并计算出的节点的度数为k 的概率。3、聚类系数聚类系数(clustering coefficient)是来表征聚类特性的6，正常情况下，假设网络中的节点i与ki条边相关联，很明显，在这ki个节点之间，最多有ki(ki-1)/2条边，而这ki 个节点间存在的边数实际为EI。则这ki个节点之间存在的实际边数EI 与总的最大的可能边数ki(ki-1)/2之比，定义为节点i的聚类系数Ci，即Ci=2EIkiki-1 (2-2)再对网络中所有节点的聚类系数Ci取平均值，得到的就是整个网络的聚类系数C,即C= 1N i=1NCi (2-3) 其中N 为网络的节点数。三、小世界网络的人脑研究最早的对于人脑进行小世界网络研究的是Salvador等人。实验如下：5名健康志愿者处于静息状态下，对他们的fMRI时间序列进行偏相关分析。同时，Eguilu等构建了任务状态下fMRI数据的脑功能网络，并指出了被试的小世界网络特征，还报道了度分布的无标度性。之后，Achard等人运用小波方法发现一个低频(0.03-0.06HZ)的全脑尺度网络具有小世界网络特性，还发现该网络中的集线器节点大多数都位于边缘区。小世界网络理论除了可以对正常人脑功能网络进行分析外，还可用于分析在病理条件脑功能网络的病变情况。Laufs等采用 EEG与fMRI联合的方法分析了颞叶癫痫(Temporal Lobe Epilepsy，TLE)患者癫痫波的发放，对脑默认功能网络中脑区的影响，证明了患者脑网络拓扑特性的变化。Sam等对阿尔茨海默氏症的研究结果报告，发现病理条件脑功能网络的小世界特征发生异常变化5。国内，众多学者深入探讨了小世界网络理论及其在脑功能网络连接方面的应用。周涛等对小世界网络进行了综述研究，汪小帆等,对小世界网络中社团结构的划分算法作了综述。柯铭等利用小世界网络理论对静息状态下人脑功能网络研究发现，脑功能网络显示小世界特性。中科院梁猛等用小世界网络理论和静息fMRI数据的功能连接分析精神分裂症患者静息态下脑功能活动特点，研究发现静息状态精神分裂症患者脑功能网络的拓扑特性发生了异常。这些工作和前面所取得的成果都极大地推动了国内外小世界网络理论在脑功能连接问题上的研究进展7。第二节 孤独感人群及研究现状一、孤独感的定义孤独感是一种封闭心理的反映，是感到自身和外界隔绝或受到外界排斥所产生出来的孤伶苦闷的情感。一般而言，短暂的或偶然的孤独不会造成心理行为紊乱，但长期或严重的孤独可引发某些情绪障碍，降低人的心理健康水平。孤独感还会增加与他人和社会的隔膜与疏离，而隔膜与疏离又会强化人的孤独感，久之势必导致疏离的个人体格失常5。 孤独和孤立的含义是不同的。孤独是个体对自己社会交往数量的多少和质量好坏的感受。对孤独感的这种界定，帮助我们理解为什么有些人虽然远离人群，生活却感到非常快乐，而一些人尽管被人群所包围，而且经常与他人交往却经历着孤独。有许多新人类抱怨身边没有多少真正的朋友。对这些人来说，与某些人进行坦诚的交往的需要不能满足时，将产生强烈的孤独感。从这个意义讲，孤独是一种个人体验。尽管每个人都会感到孤独，而且孤独感的来去随着环境的变化而变化，据此，认为孤独感是一种人格特征。有人设计了一些人格量表来测量人们对孤独感的一般感受性。用这个量表对某大学进行测验表明，人际关系问题仍是当前大学生心理健康的主要障碍8。在认知特征上，孤独感人群通常表现如下：认知功能受损、知觉功能受损、执行障碍。系统水平的非典型性神经发育是造成这些特征的基础。二、孤独感产生的原因有孤独感的人倾向于在社交时对他人和自己给予严厉的，苛刻的评价、许多有孤独感的人缺乏一些基本的社交技能，从而使他们无法与他人建立持久的关系。孤独感的产生通常有以下原因。 环境因素，有些环境容易让人感到孤独，比如，孤单的环境，陌生的环境，突变的环境等。自我意识，在青少年时期，自我意识开始觉醒并逐渐建立，产生了了解别人内心世界并被其他同龄人接受的需要。他们很关心自己在他人心目中的地位和形象，重视他人的评价。正因为这样，他们会将自己隐藏起来。一方面他们觉得自己心中有很多秘密，不愿告诉别人，有一种封闭心理；另一方面他们又特渴望别人能真正了解自己。这种需要得不到满足时，便会陷入惆怅和苦恼，产生孤独感。自我评价，自我评价不当，如果一个人自我评价过低，往往会产生自卑心理，自卑心理严重的人往往缺少朋友，容易产生孤独感。而如果一个人自我评价过高，往往产生自负心理，看不起别人，他们在交往中表现为不合群、不随和、不尊重他人，很容易导致他人的不满，因此，自负心理严重的人也往往缺乏朋友，感到孤独。缺乏交往，人际交往需要真诚、需要热情、也需要技巧。有的人因为没有掌握交往技巧而失去朋友或得罪他人、破坏自己的形象。情感障碍，情绪情感成分是人际交往中的主要组成部分，人际交往中的情绪情感障碍常常诱发人际孤独。常见的情绪情感障碍有：害羞、恐惧、愤怒、嫉妒、狂妄等，其中，与孤独感密切相联的是害羞和恐惧，害羞和恐惧会使人产生逃避行为，从而避开与人交往的情境，离群索居，封闭自我。到了青年期，少年时代人际关系的特点继续发展着。但青年期人际关系发生着质的变化，主要表现在从精神上脱离对父母或成人的依赖，新的友伴关系(特别是异性关系)的协调和适应，自我意识的进一步发展和完善，以及对成人权威的抵触和反抗，竞争和对抗的激化等方面。因而其人际关系具有广泛性、自主性、易变性和异性敏感性等特点。孤独者因为采用消极的交往方式，并缺乏必要的社交技能，而难以与他人建立亲密的友谊。与这些人交往常常让人感到不愉快，于是他们很难建立有助他们发展社交技能的人际关系。因而难以摆脱孤独。心理学家认为，通过基本社交技能的训练，可以使孤独者走出孤独的恶性循环，并已广泛应用于心理咨询与治疗的实践中9。三、孤独感的改善方法每个人在一生中都或多或少地体验到孤独感。有孤独感并不可怕。但是这种心理得不到恰当的疏导或解脱而发展成习惯，就会变得性情孤僻古怪，严重的甚至有可能会变成自闭症，这就需要心理医生的治疗了。 以下是克服孤独感的一些方法，只要持之以恒，一定会收到意想不到的效果。克服自卑，由于自卑而觉得自己不如别人，所以不敢与别人接触，从而造成孤独状态。这如同作茧自缚，自卑这层茧不冲破，就难以走出孤独.其实,人与人不可相比,每个人都有长处和短处,人人都是既一样又不一样.所以,一个人只要自信一点,就会钻了出自织的茧,从而克服孤独。外界交流，独自生活并不意味着与世隔绝，虽然客观上与外界交流造成困难，但依然可以通过某些方式达到交流的目的。如当你感到孤独时，可翻翻旧日的通讯录，看看你的影集，也可给某位久未联系的朋友写信。当然与朋友的交往和联系，不应该只是在你感到孤独时，要知道，别人也和你一样，需要并能体会到友谊的温暖。勇于交往，与人们相处时感到的孤独，有时会超过一个人独处时的十倍。这是因为你和周围的人格格不入。例如，你到一个语言不通的地方，由于你无法与周围的人进行必要的交流，也无法进入那种热烈的情感中，所以，你在他人热烈的气氛中会感到倍加孤独。因此，在与他人相处时，无论是什么样的情境下，都要做到“忘我”，并设法为他人做点什么，你应该懂得温暖别人的同时，也会温暖你自己。享受自然，生活中有许多活动是充满了乐趣的。只要你能够充分领略它们的美妙之处，就会消除孤独，如有些人遇到挫折，心情不好，但又不愿与别人倾诉时，常常会跑到江边或空旷的田野，让大自然的清风尽情地吹拂，心情就会逐渐开朗起来。总之，驱除孤独感很重要的一条，就是要尽力改变自己原来的环境。孔子曾说过：“独学而无友，则孤陋而寡闻”。一个人的时候，给自己安排一些感兴趣的事情，读读书，听听音乐，从事自己的业余爱好等等。每个人都会有孤单的时候，在属于自己的时间里满足自己的兴趣爱好，乃是人生的一种乐趣。第三节 本章小结小世界网络具有大的聚合系数，同时其特征路径长度很小。在其信息系统中，信息传递速度快，改变少量连接，即可剧烈改变其网络特性，符合对孤独感人群脑网络的模拟。本章介绍了小世界网络的基本理论，WN小世界网络的模型及其网络特性。对孤独感的定义，产生原因及改善方法进行了详细阐述。第三章 孤独感人群FMRI数据的处理第一节 数据的预处理采集一名孤独感志愿者，在静息态下FMRI数据，并进行处理。采集的数据为dcm的格式，对采集的被试数据进行预处理操作，进一步得到90个脑区所对应的时间序列，并进行矩阵构建，应用Gretna软件进行小世界网络处理分析12。一、数据预处理软件SPMSPM是一种专门用于分析脑成像数据的通用软件包，由英国学者Fristion等人,基于Matlab操作平台开发并完善的统计参数映射。在国际上被广泛用于相关领域的研究中，得到了普遍认可。它是检验脑内某些特定区域效应并构建空间拓展的统计方法。SPM通过观测得到脑功能图像中每个体素时间序列，将其看成一系列解释变量的线性组合和一个残差项的和，并在此基础上得到一个反映激活区显著性强度的统计量图像，然后再利用高斯随机场理论解释图像中所涵盖的统计量，构造适当的原假设(Null Hypothesis，也被称为零假设)，进行合理的假设检验(如T检验、F检验等)11。图3.1 SPM8操作界面二、数据预处理步骤处理流程图：数据准备数据转换时间校正头动校正空间标准化平滑去除线性漂移滤波图 3.2 数据预处理步骤图 1、数据准备1) 将功能像 DICOM 原始数据放入一个空文件夹内，并命名为E:datadom2) 新建文件夹，命名为:E:datapreproc.3) 打开MATLAB，命令窗口输入“spm fmri”，打开SPM8。2、格式转换通过SPM DICOM Import工具将DICOM数据转换成NIFTI格式；转完后删除前10个volumes文件。3、层间时间校正（Slice timing）参数设置：Number of Slices：32；TR：2s;TA:2-2/32;Slice order: “1:2:31, 2:2:32”；Reference Slice：16。点击运行。图 3.3 Slice timing4、头动校正（Realignment）参数设置：data:选中a*.img文件。其余选择默认，点击运行。图 3.4 Realignment5、空间标准化（Normalization）参数设置：data:点击new subject；Source image:选择mean文件；Image to write:选择ra*.img文件；template image：选择EPI.nii；Bounding box:-90,-126,-72;90,90,108;voxel sizes：3 3 3.点击运行。图 3.5 Normalization6、平滑（Smoothing）设置参数：image to smooth:选择wra*.img文件。FWHM设置为“8 8 8”。点击运行。图 3.6 Smoothing第二节 大脑功能连接网络的构建一、功能连接矩阵的构建利用解剖学自动标记(anatomical automatic labeling，AAL)模板对大脑分区，并计算90个区域中每一区域中，每个体素的时间序列。提取平均值作为该区域的平均时间序列。计算每两个区域之间的皮尔逊相关系数13：rx y=i xi- x yi- y ixi- x2i yi- y 2 ( i=11, 12, 13-245 ) (3-1)式中x 、y 分别代表两个区域的平均时间序列, i表示第11245个时间点(去除前10 个时间点),得到一个对称的90*90的相关性矩阵R。为增加相关性矩阵的正态性, 对得到的矩阵进行Fisher r to z变换14： zx y= 12 ln1+ rx y1- rx y (3-2)图3.7 构建的90*90矩阵图二、阈值选择将标准化后的相关矩阵Z转变为二值连接矩阵C。设定阈值:直接设定相关性阈值T，将绝对值大于阈值T 的Zxy设为1，表示x 和y 有连接，绝对值小于T 的Zxy设为0，表示x和y无连接。应用Matlab生成一个90*90矩阵的txt文件。再利用Gretna软件进行小世界网络分析15。三、功能连接网络的小世界性分析图3.8 小世界网络参数图孤独感人群脑网络的小世界属性阈值在0.050.40阈值T范围内时，以0.05为步长对所有阈值点进行计算。g 值范围1.02532.2568，平均1.37560.8966；l 值范围1.00001.0967。g 值随阈值增大，逐渐增高，g 1；l 值随阈值增大，变化不大，均值在1.0附近，满足小世界特性的判断标准，所以说明了孤独感人群的脑机制具有小世界性。第三节 本章小结 本章结合小世界网络的理论和方法，针对一个孤独感被试的静息态FMRI数据，建立脑部功能网络模型。体积不大的大脑组织包含着许多信息，阈值间隔较大可能会忽视许多细节信息，建模时采用0.05s为单位间隔设置阈值，计算不同阈值下脑网络的特性，证明了孤独感人群脑网络符合小世界特性。第四章 总结与展望人类的大脑充满着未知性和可探究性。科学发展到现在我们对大脑的了解较至于其本身所包含的知识，仍然是微不足道。在人脑网络的研究上，脑功能成像技术应用，尤其是对于功能磁共振成像技术利用，凭借其较高的时空分辨率及无创性被广泛应用。对我们了解脑网路的特征和属性帮助很大。研究表明，自发神经元活动时，静息态FMRI信号的低频振荡与之有密切关系。复杂网络，尤其是小世界网络的出现在生物神经科学研究领域的影响是空前的，网络模型在脑网络的发现和估计上具有简洁性，是脑网络研究的重要工具。 复杂网络及小世界网络理论都是从整体的角度分析脑功能，能够更好的理解和研究大脑的生理机制。对脑部小世界性质的研究，为研究复杂的人体脑部网络提供了崭新的思路。无论研究正常人或是病患者的脑网络的小世界性，都有可能获得对大脑的结构和功能的认识和理解，为孤独感人群及其他大脑疾病的早期治疗提供重要科学依据，更能够为脑部疾病机制的探讨提供全新的方法和视角。所以说，研究人类大脑的小世界网络特性具有相当大的意义。孤独感的成因虽然复杂，但其大脑内部的神经障碍是重要因素。研究孤独感人群脑部网络的小世界性，从整体的角度，将其网络化，进而研究病症原因，对孤独症的治疗具有重大意义。复杂网络及小世界网络理论，能应用在众多方面。就孤独症患者的研究而言，国内应尽快建立统一的孤独症诊断量表，加强临床研究上交流。孤独症是一个多要素的复杂性疾病，它的治疗需要临床研究与各专业理论研究相结合，才能够更好的解决这一病症，造福人类。 致 谢非常感谢我的导师田银教授,在论文设计期间对我的指导和帮助。谨向田老师致以衷心的感谢。感谢学院的丁泽超和梁珊珊学姐，在我论文遇到疑难时给予我耐心的讲解与指导。非常感谢你们在我困惑的时候给予我无私的帮助。感谢一起在每周二讨论的组内同学，每周二的汇报讨论让我不断改进自己的论文。感谢所有帮助我爱护我的老师和同学们，感谢生物学院所有老师这四年来传授知识，丰富我的思想。感谢我的父母，感谢他们对我的关心和容忍，感谢他们教给了我为人处世的道理。特别感谢评阅人老师。参考文献1 赵小虎，王湘彬，王培军等，正常老年人大脑功能的小世界性J中国医学影像技术，2011年，27卷-10期2 The Lancet 综述：孤独症，Z /article/700663 孤独症研究现状及前沿问题，科学时报Z /sbhtmlnews/2011/3/242102.html4 王培军，赵小虎，王湘彬，人类大脑功能网络的小世界性质J中华医学杂志，201145，91卷13期5 王波，王万良，WS与NW两种小世界网络模型的建模及仿真研究J浙江工业大学学报，2009年4月，37卷2期6 李珊珊，复杂脑功能网络研究D大连理工大学，2006年7 焦静静，基于复杂网络理论的静息状态脑功能网络建模与分析D兰州理工大学，2011年8 陈会昌，人格心理学，Z中国轻工业出版社，2004年9 9成人有孤独感心理专家开出七大药方，Z人民网，2014-09-510 39医学教育，孤独症研究新进展（综述）Z /zt/2011630/1735657.html11 Friston K J，Bayesian estimation of dynamical systems：an application to fMRI. J NeuroImage 2002，16(2)：51353012 He Y；Chen ZJ；Evans AC Small-world anatomical networks in the human brain revealed by cortical thickness from MRI D， 2007年13 Biswal B，Yetkin FZ，Haughton VM，et al Functional connectivity in the motor cortex of resting human brain using echoplanar MRIJMagnetic Resonance in Medicine1995，34(4)：53754114 Belliveau J W，Kennedy D N， McKinstry R CFunctional mapping of the human visual cortex by magnetic resonance imagingJ Science1991，254(5032)：71671915 Friston K J，Frith C D，Fletcher P，et alFunctional topography：Multidimensional scaling and functional connectivity in the brainJ Cerebral Cortex. 1996，6(2)：156-16附 录一、英文原文Imaging Genetics of Functional and Structural Connectivity in Children with Autism Rudi, Jeffrey DavidAutism is a pervasive neurodevelopmental disorder that affects one in 88 individuals(CDC report, 2012). A variety of overlapping heritable disorders, including autism, Aspergers syndrome and PDD-NOS, fall under the umbrella classification of autism spectrum disorder(ASD). Kanner (1943) originally described three core features that are still used in current autism diagnosis: impaired reciprocal social interactions, abnormal language acquisition and usage, as well as restricted interests and repetitive behaviors. Beyond these core features, there is significant clinical heterogeneity, particularly with variable onset and progression of symptoms, comorbidity with other neurologic and psychiatric disorders, and response tointerventions (Dawson et al., 2002). Despite these deficits, evidence suggests that individuals with ASD have preserved or enhanced processing in certain domains such as sensory perception (Jones et al., 2009; Ashwin et al., 2009), increased attention to details (Smith et al., 2009), and an enhanced ability to analyze rule-based systems for predicting the behavior of inanimate objects (Baron-Cohen et al., 2002; 2009). In contrast, individuals with ASD show impairments in executive processes and in synthesizing complex sensory input to arrive at a “big picture” understanding of their environment, likely contributing to the classical deficits in social communication and reciprocal social interactions. While dysfunctional reciprocal interactions are the core behavioral manifestations of ASD, clinical heterogeneity as well as enhanced cognitive functioning in particular domains should be accounted for in any complete etiologic and neurodevelopmental account of ASDs. A comprehensive model, explaining all core deficits of ASD and accounting for the broader autism phenotype, is not fully developed. Yet, an emerging hypothesis, based on multidimensional research spanning genes to behavior, posits that deficits in reciprocal social behavior may result from dysfunctional long-range connections between brain regions that are highly evolved in humans (Just et al., 2004; Courchesne & Pierce, 2005; Geschwind & Levitt, 2007; Mundy et al., 2009). From a developmental perspective, this model suggests that disruption in the initial architecture and connectivity of local circuits constrains the experience dependent changes that normally allow for the reorganization of connections, to create stable long-range connections during development. This “developmental disconnection” model also provides an explanation for the preservation or enhancement of certain cognitive functions, such as enhanced visual and auditory discrimination. This enhanced function could be the result of increased local network connectivity stemming from both faulty initial circuitry and inefficient long-range connectivity. For example, disconnection of dorsolateral prefrontal and anterior cingulate cortex from sensory association areas necessary for joint attention early in infancy may lead to a cascade of events preventing the development of language and typical social behavior (Mundy et al., 2009). The failure to establish normative connections between these regions may simultaneously allow for increased connectivity within sensory association cortices, leading to enhanced sensory discrimination and increased attention to detail. While this model serves as an initial framework for understanding autistic symptomatology it is clear that much more work needs to be done to bridge the gaps between different levels of autism research.Task Based fMRI and Functional Connectivity StudiesFunctional MRI (fMRI) studies of high-functioning individuals with ASD have consistently reported hypoactivation in brain regions involved in a variety of tasks that tap into social cognition (see Pelphrey and Carter, 2008, for review