三、項目簡介（限1頁）-中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院

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1、2018年國家科學(xué)技術(shù)獎提名公示項目名稱：功能成像腦連接機理與機器學(xué)習(xí)提名者：湖南省提名等級：國家自然科學(xué)二等獎提名意見：揭示大腦結(jié)構(gòu)與功能連接模式及其與個體行為、群體特征之間的相互關(guān)系，是當前腦科學(xué)及信息處理領(lǐng)域面臨的重大課題。該項目提出或改進一系列機器學(xué)習(xí)方法以研究腦功能與結(jié)構(gòu)的連通性模式，首次提出采用全腦靜息連接網(wǎng)絡(luò)對腦狀態(tài)解碼，提取出區(qū)分度最大腦區(qū)進行功能連接機理分析的方法；突破了高維、低信噪比及大個體差異條件下腦網(wǎng)絡(luò)特征提取和特異性分析的關(guān)鍵技術(shù)；提出面向重大腦疾病臨床輔助診斷的無監(jiān)督學(xué)習(xí)方法，為疾病的客觀診斷和療效評估提供了重要手段

2、；腦連接的任務(wù)調(diào)節(jié)機理及病理機理研究取得重要進展，得到國際學(xué)術(shù)界高度評價。該項目獲2015年度湖南省自然科學(xué)一等獎，八篇代表性論著發(fā)表在Brain、NeuroImage、HumanBrainMapping、BiologicalPsychiatry等該領(lǐng)域重要期刊，兩篇進入ESI前1%高被引論文，并得到Science,NatureReviewsNeuroscience,TrendsinCognitiveScience,PNAS等權(quán)威刊物引用。成果引起包括20余位院士在內(nèi)的國際同行廣泛關(guān)注并產(chǎn)生重要影響?；陟o息態(tài)腦連接網(wǎng)絡(luò)的抑郁癥分類結(jié)果被Bra

3、in期刊以封面論文形式報道。抑郁癥默認網(wǎng)絡(luò)異常模式的原創(chuàng)性工作，被美國生物精神病學(xué)會授予2013年Ziskind-SomerfieldResearchAward提名獎。推薦該項目為國家自然科學(xué)二等獎。項目簡介：腦功能連接(網(wǎng)絡(luò))是指不同空間分布的腦區(qū)之間通過功能協(xié)同，共同完成特定認知或生理功能的神經(jīng)活動組織形式。揭示大尺度腦網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)模式及其與個體行為和群體特征之間的相互關(guān)系，進而理解大腦的信息處理方式，是當前腦科學(xué)及信息處理領(lǐng)域面臨的重大課題，對于構(gòu)建精神類疾病的客觀診斷指標具有重要研究價值。本項目圍繞腦功能與結(jié)構(gòu)連接的機器學(xué)習(xí)和精神類疾病的

4、腦網(wǎng)絡(luò)機理兩大前沿問題，開展腦結(jié)構(gòu)連接、功能連接及有效連接的建模及分類方法研究，系統(tǒng)地解決了數(shù)據(jù)維數(shù)高、信噪比低和個體差異大等條件下，腦連接網(wǎng)絡(luò)的精細特征提取和特異性模式分析的技術(shù)難題，并在精神類疾病的腦連接機制及客觀診斷指標等研究方面取得如下重要進展：(1)首次提出采用全腦靜息功能連接網(wǎng)絡(luò)對腦狀態(tài)解碼，提取區(qū)分度最大腦區(qū)進行功能網(wǎng)絡(luò)機理分析的方法。采用噪聲流形學(xué)習(xí)對靜息態(tài)腦連接模式進行分類，成功提取出嵌入在高維功能網(wǎng)絡(luò)中與疾病有關(guān)的低維流形分布；采用統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法研究重度抑郁癥腦連接疾病相關(guān)模式，從大尺度腦網(wǎng)絡(luò)水平揭示出默認網(wǎng)絡(luò)、情感網(wǎng)絡(luò)、視覺

5、皮層區(qū)和小腦功能連接可能是導(dǎo)致精神疾病情緒和認知行為異常的原因之一；采用稀疏表達方法克服腦連接模式分析的“維數(shù)災(zāi)難”問題，有效辨識出人腦結(jié)構(gòu)和功能模式的性別差異，發(fā)現(xiàn)主要存在于感覺運動區(qū)及認知腦區(qū)的年齡編碼區(qū)域。(2)首次提出面向重大腦疾病臨床輔助診斷的無監(jiān)督學(xué)習(xí)方法。在不依賴于臨床行為學(xué)診斷信息的前提下，利用前扣帶回膝外周的不同功能子區(qū)，實現(xiàn)重度抑郁癥患者92.5%的區(qū)分準確率，檢測出的高區(qū)分度腦區(qū)位于情感與認知回路，從腦網(wǎng)絡(luò)角度證實抑郁癥的情感與認知功能障礙假說。方法和結(jié)果為建立面向重大精神類疾病輔助診斷和療效評估的影像學(xué)指標提供了新手段。

6、(3)腦連接網(wǎng)絡(luò)的機理研究取得重要進展。首次發(fā)現(xiàn)抑郁癥默認網(wǎng)絡(luò)的異?；顒映尸F(xiàn)“前高后低”的模式，從實證角度證實國際權(quán)威學(xué)者有關(guān)抑郁癥默認網(wǎng)絡(luò)異常模式的猜想，為揭示抑郁癥的特征性生物學(xué)標記提供了重要實驗依據(jù)；發(fā)現(xiàn)抑郁癥默認網(wǎng)絡(luò)前部和后部不同的藥物治療響應(yīng)模式；通過抑郁心理易感性特征與默認網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合分析，從腦網(wǎng)絡(luò)的角度揭示出冗思和自傳體記憶參與抑郁的神經(jīng)機制。項目已在Brain，NeuroImage，BiologicalPsychiatry，IEEETransactions等國際重要期刊發(fā)表SCI論文43篇，8篇代表性論文googlescholar

7、他引1177次，SCI期刊他引753次，2篇進入ESI前1%高被引論文，得到Science,NatureReviewsNeuroscience,TrendsinCognitiveScience,PNAS等頂級期刊的引用，入選OxfordHandbookofFunctionalBrainImaging,HandbookofNeuroimagingDataAnalysis)等英文專著10余部該項目已獲2015年度湖南省自然科學(xué)一等獎。得到國際權(quán)威學(xué)者的引用與好評，引用者包括美國科學(xué)院院士、美國工程院院士、英國皇家科學(xué)院院士、英國皇家工程院院士、加拿

8、大皇家科學(xué)院院士等20余名院士和IEEEFellow、AAAIFellow等50多位學(xué)會會士，并多次被國際權(quán)威學(xué)術(shù)機構(gòu)官方報道。在抑郁癥默認網(wǎng)絡(luò)異常模