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重点实验室  

Key Laboratory of Cognitive Science, State EthnicAffairs Commission   

认知是脑和神经系统产生心智的过程和活动,认知科学就是关于心智研究的理论和学说,是现代心理学、信息科学、神经科学、数学、科学语言学、人类学乃至自然哲学等学科交叉发展的产物。本实验室主要借助神经生理学、神经成像、信号检测处理及人工智能等现代科学手段,从微观到宏观,多尺度研究认知活动相关的神经机理及其信息特征。目前主要研究内容涉及立体视觉机制、视觉认知计算模型、脑-机接口、EEG测谎、神经弥补、神经痛觉机制、临床精神类疾病的诊断和干预等领域。

实验室成立于2001年,主要专注于立体视觉机理和事件相关电位(ERPs)的研究。将大脑认知活动产生的电磁信号从外源性刺激诱发的脑电噪声中分离出来, 是国际上长期面临的困难。为了解决这个问题,提出了“模拟自然阅读”的诱发模式,实现了将ERPs实验中诱发认知信号和诱发脑噪声的有效分离,为提取与事件直接相关的认知信号提供了可能。上述研究多次得到国家自然科学基金的资助,系列成果三次获国家民委科技奖励。   

经过十多年的发展,实验室目前形成了 “认知神经机制” 、“脑信号检测与解析”及“视觉认知计算” 三个稳定的研究方向。最近5年,共承担各类项目共76项,合同经费1087.8万元。其中国家自然科学基金项目19项,金额661.6万元;省部级项目14项,金额98万元;其他纵向项目34项,金额218.2万元;横向项目9项,金额110万元。 发表SCI/EI收录论文73余篇,获省部级奖励3项、专利及著作权10余项,培养研究生70余人。   

实验室现拥有一支结构合理、富有创新精神的研究团队。现有研究人员31人,其中教授8人、副教授11人。实验室现有面积2000多平方米,拥有研究所需要的仪器设备固定资产原值2500余万元。实验室还制定了完善的规章制度,保障各项工作的顺利开展。

实验室主页: /s/354/main.htm


研究方向一:认知神经机制研究学术带头人:李臣鸿   

主要开展认知行为的神经信息转导过程及其分子机制研究。在传统神经生理学研究手段基础上,结合现代分子生物学、系统建模与仿真研究方法,重点揭示感知觉、学习记忆、意识加工等过程中通过离子通道、特定神经递质传导神经信息的分子机制。融合多种实验手段,从细胞、组织和器官等不同层面检测离子通道和递质释放产生的电生理信息,分析其统计学特性,建立相应的数学模型,以生物实验和数理分析相结合的方式,描述以离子通道、神经递质为媒介且与认知行为相关的信号转导通路;研究其影响感知觉、学习记忆、意识加工等过程的途径,揭示认知行为的相关分子机制;研究药物(包括传统药物及其成分)对相关离子通道电生理特性和信号转导通路的影响,阐明药物对离子通道、递质释放、信号转导通路的作用机制和在认知治疗中的潜在应用,为认知障碍的靶向药物治疗提供理论依据。目前该方向实验室占地面积约500平米,拥有多套膜片钳系统、Cerebus 多通道神经信号记录系统、激光共聚焦显微成像系统、高效液相色谱、凝胶成像系统、微电流刺激装置等多种精密仪器设备。

 


研究方向二脑信号检测与解析

学术带头人:官金安

十多年来,实验室在脑-机接口方面开展了持续的研究工作。威尼斯人官网娱乐场利用模拟自然阅读的诱发模式构建了一个新颖的脑-机接口系统。提出了利用来自不同通道的P1-N2-P3复合波的空时模式组合作为通信特征载体,构建了从连续的EEG信号中单次定位认知信号的快速算法,使得识别精度达较高水平。实现了利用脑电波进行中英文输入、网页浏览、小车控制和游戏控制等操作,在易用性和通信速率等方面达到国际先进水平。为了实现BCI的异步化,威尼斯人官网娱乐场将深度学习网络用于对多状态下单试次脑电信号的特征提取,取得了较为满意的结果。

威尼斯人官网娱乐场还对EEG信号的特征提取及模式识别方法进行了拓展,在《ScientificReports》、《Plos One》等期刊上报道了以小波相干技术、基于神经网络及机器学习等技术进行测谎的研究;将PCANet技术首次应用于测谎研究、以小波熵及复杂度指标对谎言过程中的脑电信号进行了非线性计算,结果发表在《电子学报》等期刊上。

目前实验室除了进一步推进脑-机接口的实用化以外,也积极开展EEG及fMRI特征融合分析、脑网络分析及其在意识障碍方面的应用研究。并将研究拓展到了神经-肌肉电生理信号分析、处理、建模及机器人辅助的肢体运动康复训练等领域。实验室研究内容及成果对理解大脑、突破脑科学、认知科学、临床医学及康复工程等领域发展的瓶颈有着重要的意义。

 

 

研究方向三视觉认知计算研究

学术带头人:刘海华

主要开展视觉认知计算及其计算模型在医学图像处理领域的应用研究。视觉是人类获取信息的重要途径,借鉴人类视觉机理和相关学科的研究成果,开展视觉系统的立体感知、影像感知、运动感知等机制的深入探索,建立新的特征提取、视觉注意、模式识别等脑启发式数学模型;根据建立的认知计算模型,辅助计算机能更好地进行图像或图像序列的分类和理解,提高了计算机信息处理能力和效率。将其应用于医学图像处理的新理论、新思想、新方法研究。综合运用医学图像处理和计算机视觉理论,探索医学图像的分析和识别方法;从工程上开展多模态、高维数医学影像的增强、分割、配准、可视化等技术的研究,为基于脑功能的医学图像检索、目标识别等实际应用提供可靠的表达与描述,研发有效的、具有自主知识产权的、适于临床应用的计算机辅助分析和诊断系统。相关研究成果在《 Image and VisionComputing》、《Pattern Recognition》及《Magnetic ResonanceImaging》等期刊上发表。

 

 

近5年承担的重要科研项目

项目名称

来源

起讫时间

基于视觉初级皮层信息处理机制的行人检测与行为识别

国家自然科学基金重大研究计划培育项目

2014.01-2015.12

傣药龙血竭调制河豚毒素不敏感型钠通道和辣椒素受体的药效物质多靶点镇痛的药理研究

国家自然科学基金

2015.07-2017.12

Complexin 蛋白功能和作用机制保守性探究

国家自然科学基金

2014.01-2016.12

基于目标星形先验表达及变分模型优化的自然图像场景划分

国家自然科学基金

2014.01-2016.12

基于少次刺激脑电的测谎技术研究

国家自然科学基金

2013.01-2016.12

视觉注意计算模型及其在多目标检测中的应用研究

国家自然科学基金

2013.01-2013.12

模拟阅读脑机接口实用化研究

国家自然科学基金重大研究计划培育项目

2012.01-2014.12

基于多维广义互信息的医学图像非刚性配准算法研究

国家自然科学基金

2011.01-2013.12

模拟视觉信息处理机制的视频对象行为识别

国家自然科学基金

2010.01-2012.12

基于k空间“无附加扫描”的并行磁共振成像图像重建方法

国家自然科学基金

2010.01-2012.12

背根神经节中离子通道在神经病理性疼痛中的作用及机制研究

国家自然科学基金

2010.01-2012.12

傣药龙血竭调制辣椒素受体的药效物质及其作用机理

国家自然科学基金

2010.01-2012.12

模拟视觉信息处理机制的视频对象行为识别

国家自然科学基金

2010.01-2012.12


近年来发表的代表学术论文

 

论文题目

发表期刊名称及发表时间

Computational Model Based on Neural   Network of Visual Cortex for Human Action Recognition.

IEEE Transactions on Neural Networks   and Learning Systems, 2017

基于脑电样本熵的测谎分析.

电子学报, 2017, 05

Complementary saliency driven co-segmentation with   region searching and Hierarchical constraint

Information   Sciences, 2016, 12

Exploring   time- and frequency dependent

functional   connectivity and brain networks during

deception with single-trial   event-related potentials

Scientific Reports, 2016, 11

C-terminal domain of mammalian   complexin-1 localizes to highly curved membranes

Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2016, 11

基于PCANet和SVM的谎言测试研究

电子学报, 2016, 05

Contrast-dependent   surround suppression models for contour detection

Pattern Recognition, 2016

 Integrative analysis of gene expression   associated with epilepsy in human epilepsy and animal models

MOLECULAR MEDICINE REPORTS, 2016, 04

Evolutionary Conservation of   Complexins: From Choanoflagellates to Mice

EMBO Reports, 2015

Characteristics   of hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channels in dorsal   root ganglion neurons at different ages and sizes

Neuroreport, 2015, 12

Computational   Model of Primary Visual Cortex Combining Visual Attention for Action   Recognition[

PLOS ONE, 2015, 10

 Application of graphene in elctrochemical   sensing

Current Opinion in Colloid & Interface Science, 2015

Multi-ganglion ANN based feature learning with application   to P300-BCI signal classification

Biomedical Signal Processing and Control, 2015

A Novel Algorithm to Enhance P300 in Single TrialsApplication to Lie Detection Using   F-score and SVM

PLOS ONE, 2014

Automatic Segmentation of the Left Ventricle in Cardiac MRI   Using Local Binary Fitting Model and Dynamic Programming Techniques

PLOS ONE, 2014

基于P300和极限学习机的脑电测谎研究

电子科技大学学报, 2014

Deconstructing Complexin function in activating and   clamping Ca2+-triggered exocytosis by comparing knockout and knockdown   phenotypes.

Proc Natl Acad Sci USA, 2013

A Novel Approach for Lie Detection   Based on F-score and Extreme Learning Machine.

PLOS ONE, 2013

视觉感知结合学习的自然图像轮廓检测

中国科学:信息科学, 2013

基于CSP的“模拟阅读”脑-机接口信号分类

华中科技大学学报(自然科学版), 2013

Daintain/AIF-1   Plays Roles in Coronary Heart Disease via Affecting the Blood Composition and   Promoting Macrophage Uptake and Foam Cell Formation

Cell Physiol.   Biochem., 2013

Material basis for   inhibition of dragon's blood on capsaicin-induced TRPV1 receptor currents in   rat dorsal root ganglion neurons.

Eur. J. Pharmacol., 2013

Three-dimensional   multimodal image non-rigid registration and fusion in a High Intensity   Focused Ultrasound system

Computer Aided   Surgery, 2012

Mucinous cystadenocarcinoma of the   breast with a basal-like immunophenotype

Pathol. Int., 2012

Action Recognition System with Analog Model of Neurons in   Primate Visual Cortex

Acta Automatica Sinica, 2012

Anterior Myocardial Territory may replace the Heart as   Organ at Risk in Intensity-Modulated Radiotherapy for Left-sided Breast   Cancer

Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys., 2012

Is ZD7288 a selective blocker of   hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channel currents?

Channels, 2012

Enabling Fast Brain-Computer   Interaction by Single-Trial Extraction of Visual Evoked Potentials

Journal of Medical Systems, 2011

Expression of M-ficolin, H-ficolin, and L-ficolin in   peripheral blood mononuclear cell of tuberculosis patients.

Asian Biomedicine, 2011

Effect of   perfectly correlated and anti-correlated noise in a logistic growth model

Communications in   Theoretical Physics, 2011

Dosimetric   comparison of intensity-modulated radiotherapy plans, with or without   anterior myocardial territory and left ventricle as organs at risk, in   early-stage left-sided breast cancer patients

Int. J. Radiat.   Oncol. Biol. Phys., 2011

   


近5年获奖、专利、著作权

名称

年份

奖项:第二届中国脑-机接口比赛优秀奖(单项第四名)

2015

奖项:第一届中国脑-机接口比赛优秀奖(单项第二名)

2010

著作权:2014SR016866 实时IR-BCI系统软件V1.0

2014

专利:模拟初级视皮层脉冲神经元的动作识别系统

2013

专利:一种多功能光源驱动装置

2013

专利:一种龙血素A酶联免疫检测试剂盒

2013

专利:一种龙血素B酶联免疫检测试剂盒

2013

专利:一种剑叶龙血素B的合成方法

2013

著作权:2012SR 43827 “模拟阅读”脑-机接口虚拟键盘软件V1.0

2012

专利:基于无线通信的人体动作检测器

2012

专利:基于ZigBee的无线脉搏检测器

2012

著作权:2012SR027069 基于脑电波控制的虚拟中英文通用键盘软件

2012

专利:便携式多功能生理信号采集装置

2011

专利:基于USB的簇状放电提取分析系统

2011



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