导语


随着电生理学、网络建模、机器学习、统计物理、类脑计算等多种技术方法的发展，我们对大脑神经元相互作用机理与连接机制，对意识、语言、情绪、记忆、社交等功能的认识逐渐深入，大脑复杂系统的谜底正在被揭开。为了促进神经科学、系统科学、计算机科学等领域研究者的交流合作，我们发起了【神经动力学模型读书会】。


【神经动力学模型读书会】第十二期，我们邀请到梁智超和梁荣伟，分享主题：网络控制及其在神经调控中的应用——脑网络重组、神经响应预测、脑疾病治疗。并由刘泉影老师主持圆桌，邀请周昌松、姚一、李春彪、顾实、曹淼等众多领域学者与临床医生对相关问题进行深入讨论。本期读书会将于6月26日（本周日）上午8:00-10:00举办，直播报名入口见后文。






背景




神经调控技术在临床治疗、科学研究等方面都得到广泛应用。该技术通过调节大脑网络的神经活动治疗神经系统疾病或恢复大脑功能。目前，针对临床通过神经调控治疗神经系统疾病的研究，特别是长期神经调控对治疗效果的影响、实现精确神经调控的建模以及寻找神经系统疾病生物标记物都得到广泛关注。这些问题的深入探索有助于实现临床神经系统疾病的精准治疗以及神经刺激器的优化设计。




简介




本期读书会，围绕长期神经调控对治疗效果的影响、实现精确神经调控的建模以及寻找神经系统疾病生物标记物等科学问题展开讨论。结合相关文献讨论：1）响应性神经刺激设备在局灶性癫痫疾病长期治疗的脑网络重组 (reorganization)；2）从系统辨识的角度实现电刺激过程中大规模脑网络动态响应建模及预测。




大纲




  • 梁智超同学研读文献《Long-term brain network reorganization predicts responsive neurostimulation outcomes for focal epilepsy》 (SCIENCE TRANSLATIONAL MEDICINE,2021)。

  • 圆桌讨论：和嘉宾一起深入探讨神经系统疾病长期响应性神经刺激调控预测脑网络重组的科学问题。

  • 梁荣伟同学研读文献《Modelling and prediction of the dynamic responses of large-scale brain networks during direct electrical stimulation》 (Nature Biomedical Engineering,2021)。。

  • 圆桌讨论：和嘉宾一起深入探讨电刺激在大尺度脑网络神经调控的精准建模及神经响应预测的科学问题。





主持人




刘泉影，瑞士苏黎世联邦理工学院博士，美国加州理工博士后，南方科技大学生物医学工程系助理教授

研究方向：机器学习与控制理论在神经科学中的应用，EEG/MEG/fMRI/SEEG等神经信号神经影像分析算法，神经表征、大脑功能和行为融合建模，神经调控优化算法，及其在脑疾病中的应用（例如癫痫调控）。





主讲人




梁智超，南方科技大学生物医学工程系神经计算与控制实验室19级博士生。

研究方向：大脑结构-功能融合建模、大脑神经调控建模、大脑疾病的电生理数据分析与建模。

梁荣伟，南方科技大学刘泉影老师课题组科研助理。

研究方向：复杂网络分析与综合；对复杂网络上的传播机理与动力学分析、复杂网络中的同步及控制感兴趣。




讨论嘉宾




周昌松，物理学博士，香港浸会大学物理系教授、系主任，浸会大学非线性研究中心主任，计算及理论研究所副所长。1992年获南开大学物理学士，1997年获南开大学物理博士，1997-2007年在新加坡、香港、德国等地从事访问研究， 是洪堡基金获得者。2007年加入香港浸会大学物理系， 2011年获浸会大学”杰出青年研究者校长奖”，2021年获”杰出研究表现校长奖”。在国际交叉学术刊物 PNAS，PRL，Physics Reports，National Science Review，J Neuroscience，NeuroImage，Cerebral Cortex，PLoS Computational Biology等发表论文150余篇 (Google Scholar引用15900余次，H因子为48)。任Scientific Reports 编委，PLoS One，Cognitive Neurodynamics学术编辑，及多种国际期刊常任审稿人。

研究方向：对生物神经网络复杂结构、动力学及其低成本高效益如何启发类脑智能具有浓厚的兴趣。致力于复杂系统动力学基础研究及其应用，特别是网络的复杂联结结构与体系的动态行为的关系和相互作用。近几年与国际国内系统和认知神经科学家合作，把这些理论进展应用到大脑的复杂联结结构和活动以及认知功能及障碍的分析和建模等方面研究中。

姚一，神经外科主任医师，厦门弘爱医院癫痫中心学科带头人、中国抗癫痫协会常务理事、中国抗癫痫协会谭启富癫痫外科专项发展基金副主任委员。

从事方向：自2003年到今，仅专注一个疾病：癫痫。主要从事婴儿、幼儿、儿童、青少年、成人全年龄段药物难治性癫痫的外科治疗，承担术前评估、治疗策略制订和外科手术等工作。

李春彪，南京信息工程大学人工智能学院副院长，教授、博导。兼任中国密码学会混沌保密通信专业委员会委员，中国电子学会电路与系统分会混沌与非线性电路专业委员会委员。南京信息工程大学教学名师和优秀研究生导师，江苏省第四期333高层次人才，爱思唯尔2020和2021中国高被引学者。发表核心及SCI论文百余篇，国际期刊International Journal of Bifurcation and Chaos 编委及多种国际期刊常任审稿人。

研究方向：忆阻电路与神经动力学系统及其应用。近些年主要致力于忆阻混沌动力系统的调幅、调频、调偏置和多稳态分布调控的研究。

顾实，电子科技大学脑与认知实验室主任，电子科技大学（深圳）高等研究院智慧医疗实验室主任。美国宾夕法尼亚大学（UPenn）博士，清华大学本科，曾入选2017年国家青年特聘专家， 同年入选福布斯中国“30岁以下30人“榜单。

主要研究方向：计算神经科学与类脑人工智能，当前主要研究兴趣是基于人工智能的脑认知表达和调控模型，相关研究发表在Nature Communications和PNAS等国际期刊上。类脑人工智能方面，建立了传统人工神经网络向脉冲神经网络转换的误差分析模型，并建立了与之相应的高效转换算法，极大地降低了转换算法的延迟，相关研究发表在Nature Communications和PNAS等国际期刊上。

曹淼，墨尔本大学医学院临床神经科学博士，北京大学物理学院博士后。博士工作发表在Nature Communications。

研究方向：癫痫手术术前评估与致痫灶定位，网络分析与神经动力学模型，颅内电生理与EEG/MEG/fMRI神经影像分析等。致力于神经影像与神经动力学结合的临床应用，以及（病理）神经系统建模。


参考文献

本文利用在响应性神经刺激治疗期间收集的长达数年的颅内神经记录，发现具有最大治疗效果的患者经历了渐进的、频率依赖性的发作间期功能连接重组，这种重组的程度与癫痫发作的减少直接相关。研究结果揭示了功能网络可塑性的响应性神经刺激机制。
Khambhati, Ankit N., et al. “Long-term brain network reorganization predicts responsive neurostimulation outcomes for focal epilepsy.” Science Translational Medicine 13.608 (2021): eabf6588.
对个体进行精确的神经调控，往往需要对神经刺激及其对大规模脑网络活动的影响进行精准建模，并基于模型做出准确预测。本文构建了一个动态输入输出模型，预测脑网络在持续微刺激下，多个区域随时间变化的的动态响应。在对两只清醒猕猴的实验中，研究发现大脑网络的活动受刺激幅值和频率变化的调节表现出阻尼和振荡反应动力学特性。
Yang Y, Qiao S, Sani O G, et al. Modelling and prediction of the dynamic responses of large-scale brain networks during direct electrical stimulation[J]. Nature biomedical engineering, 2021, 5(4): 324-345.




直播信息




时间：
2022年6月26日（本周日）上午8:00-10:00

参与方式：

1. 文末扫码参与神经动力学模型读书会，加入群聊，获取系列读书会回看权限，成为神经动力学社区的种子用户，与520余位神经动力学社区的一线科研工作者与企业实践者沟通交流，共同推动神经动力学的发展（扫描下方二维码报名本次读书会，扫描文末二维码报名整季读书会）。

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神经动力学模型读书会启动


本着促进神经科学、系统科学以及计算机科学等不同领域的学术工作者的交流与合作，激发有志于加入脑科学与类脑研究这一领域的同学们的研究兴趣，集智俱乐部和天桥脑科学研究院联合发起了神经动力学模型读书会。聚焦于神经科学中的动力学建模这一前沿课题，围绕神经网络多尺度建模及其在脑疾病、脑认知方面的应用进行研讨。读书会已于2022年3月19日开始，每周六下午14:00-16:00（或每周五晚上19:00-21:00，根据实际情况调整）进行，预计持续10-12周。

读书会大纲一览：

  1. 复杂神经动力学：分析与建模
  2. 神经元动力学
  3. 神经动力学场论
  4. 全脑动态模拟
  5. 多尺度生成模型
  6. 睡眠调控
  7. 癫痫发作的神经动力学
  8. 神经调控
  9. 决策的神经计算机制
  10. 脉冲神经网络的应用
  11. 总结圆桌会





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