利用多体素模式分析解码听觉表象

1. 参与者招募

1. 招募20名受试者。
   1. 受试者应为右利手，且无神经系统或心理疾病史。
   2. 受试者应具有正常或矫正至正常的视力，以确保能够正确看到视觉提示。
   3. 受试者体内不得有金属植入物。由于fMRI涉及强磁场，这是重要的安全要求。
   4. 受试者不应患有幽闭恐惧症，因为fMRI检查需要躺在扫描仪狭小的孔洞内。

2. 扫描前准备步骤

1. 填写扫描前的书面材料。
2. 当参与者前来进行fMRI扫描时，指导他们首先填写金属筛查表，以确认其是否具有MRI检查的禁忌症；填写意外发现同意书，授权放射科医生查看其扫描图像；以及填写知情同意书，详细说明研究的风险与益处。
3. 让参与者在进入扫描仪前清除身上所有金属物品，包括腰带、钱包、手机、发夹、硬币以及所有珠宝首饰。

3. 向参与者提供说明。

1. 告知参与者，他们将在扫描仪内观看一系列简短的视频。这些视频没有声音，但可能会在他们的“内心听觉”中引发声音。要求参与者集中注意力并强化这种听觉意象，尽可能努力去“听”到声音。
2. 向参与者强调在整个扫描过程中保持头部静止的重要性。

4. 将受试者放入扫描仪中。

1. 为受试者提供耳塞，以保护其耳朵免受扫描仪噪声的影响，同时提供耳机以便在扫描过程中听清实验人员的指示，并让受试者平躺在扫描床上，头部置于线圈内。
2. 将紧急情况用挤压球交给受试者，并告知其在扫描过程中如遇紧急情况可挤压该球。
3. 使用泡沫垫固定受试者头部，以防止扫描过程中产生过多移动，并提醒受试者在扫描期间务必尽可能保持静止，因为即使是最微小的移动也会导致图像模糊。

5. 数据收集

1. 采集高分辨率解剖图像。
2. 开始功能成像。
   1. 将刺激呈现的开始时间与扫描仪的启动时间同步。
   2. 为实现稀疏的时间采样，将每个MRI体积的采集时间设置为2 s，体积采集之间间隔9 s。
   3. 通过连接至投影仪的笔记本电脑呈现无声视频。受试者眼睛上方设有镜面，可反射位于扫描仪孔洞后方的屏幕画面。
   4. 将每个5 s视频片段的开始时间与上一次MRI采集启动后4 s同步。这将确保下一次MRI体积在视频开始后7 s进行采集，以捕获与视频中段相对应的血流动力学活动。
   5. 呈现三种能够引发鲜明听觉意象的不同无声视频：一个来回摆动的钟、一把电锯锯树的过程，以及一个人演奏小提琴的场景。
   6. 在每次功能扫描中，每段视频随机呈现10次。每次试验持续11 s，因此单次扫描总时长为330 s（5.5 min）。
   7. 共进行4次功能扫描。

6. 数据分析

1. 定义感兴趣区域（ROI）。
   1. 利用每位参与者的高分辨率解剖扫描图像，勾画出对应于早期听觉皮层的体素（图1）。该区域对应于颞叶表面，称为颞平面。根据每个人大脑的解剖特征，创建针对其听觉皮层的特异性掩模。

图 1：感兴趣区域勾画。 本受试者的高分辨率解剖图像上已勾画出颞平面的表面区域，图中以蓝色显示。绿色区域为额极的对照掩模。这些体素将用于多体素模式分析（MVPA）。

2. 预处理数据。
   1. 进行运动校正以减少运动伪影。
   2. 进行时间滤波以去除信号漂移。
3. 训练并测试分类器算法。
   1. 将数据划分为训练集和测试集。训练数据用于训练分类器，留出的测试数据用于评估分类器的学习效果。为最大程度保证训练数据与测试数据的独立性，每次将一次功能扫描的数据整体留出作为测试集。
   2. 在每位受试者听觉皮层的标注训练数据上训练支持向量机（Support Vector Machine）算法。测试分类器对未标注测试集身份的正确判断能力，并记录分类器的准确率。
   3. 重复该过程4次，每次将不同的扫描数据作为测试集留出。这种每个数据子集均被留出一次的处理方式称为交叉验证（cross-validation）。
   4. 通过取平均值的方式合并4次交叉验证中的分类器准确率。
4. 统计检验
   1. 为确定分类器的表现是否优于随机水平（33%），可在组水平将结果与随机水平进行比较。为此，收集每位受试者的准确率数据，并使用非参数的Wilcoxon符号秩检验（Wilcoxon Signed-Rank test）检验其分布是否与随机水平存在显著差异。
   2. 我们还可以探究分类器在每个个体中的表现是否优于随机水平。为确定在随机数据中达到某一准确率水平的概率，可通过将多体素模式分析（MVPA）算法在标签随机打乱的数据上进行训练和测试，构建一个零分布。对标签进行10,000次置换，生成准确率值的零分布，然后将实际的准确率值与该分布进行比较。
   3. 为证明听觉皮层内信息的特异性，可在来自大脑其他区域的体素上训练并测试分类器。此处，我们将使用来自概率图谱的额极（frontal pole）掩模，并将其空间标准化至每位受试者的个体大脑。