Name: Utilizzando Informativo Connettività a misurare lemergere sincrono di fMRI Multi-voxel Informazioni Across Time (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-07-01T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 12 s
Description: Scopri la connettività informativa per misurare le reti cerebrali tramite pattern multi-voxel in fMRI. Questo metodo rivela connessioni invisibili alla connettività funzionale tradizionale.

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Ringraziamo Jim Haxby e colleghi per rendere i dati disponibili per ulteriori analisi. Marc N. Coutanche è stato finanziato da una borsa di studio del Howard Hughes Medical Institute. Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni NIH R0I-DC009209 e R01-EY02171701 assegnato a Sharon L. Thompson-Schill.

1. Preparare i dati fMRI Nota: Dopo aver effettuato la scansione di un fMRI, pre-elaborare i dati raccolti utilizzando gli strumenti disponibili nella maggior parte dei pacchetti software fMRI prima di iniziare questo protocollo (anche se smoothing spaziale dovrebbe essere evitata o minimizzata per preservare i modelli multi-voxel). Un esempio di un set di dati adatto è descritto in una precedente domanda del metodo 7. <ol><li> Rimuovere movimento e dire i segnali della sostanza bianca dalla serie storica dei dati fMRI pre-trattati con la creazione di un modello di regressione con predittori per i parametri di movimento (rollio, beccheggio, imbardata, x, y, z) e la media del segnale della sostanza bianca. Effettuare le analisi di seguito sui residui risultanti (ossia la varianza residua). </li><li> Importare i residui generati in un pacchetto di analisi (ad esempio, MATLAB, Python). L&#39;open source Informational Connectivity Toolbox (http://www.informationalconnectivity.org) può importare dati fMRI in MATLAB. </li><li> Z-score eacserie temporali h di voxel. </li><li> Separare timepoints del set di dati in insiemi indipendenti («pieghe»), come diverse esecuzioni dello scanner. Nota: l&#39;uso corre scanner assicura l&#39;indipendenza tra le pieghe, che possono comunque essere difficile garantire (per esempio, le dipendenze potrebbero essere creati tra timepoints di una pista in fase di pre-processing). Corre potrebbero essere raggruppati insieme per ridurre il numero di pieghe (ad esempio, pari e dispari piste 2), anche se con corse singole darà più dati di allenamento. </li><li> Creare un record delle etichette condizione associata con timepoints generando un vettore di condizione etichette che è N timepoints lungo. </li><li> Spostare le etichette condizione in avanti in ogni gestita da un certo numero di volte, a ripetizione (TR) equivalente a 5 secondi, al fine di spiegare il ritardo emodinamica tra eventi e segnali fMRI registrati. </li></ol> 2. Selezionare e analizzare una Regione Seed <ol><li> Selezionare una regione seme isolando un anatomicozona al, regione funzionalmente localizzata o top-performing &#39;mappatura informazioni cervelli&#39; Searchlights 10. Nota: i passaggi 2,2-4,2 sotto possono essere eseguite dalla open-source Connettività Informational MATLAB Toolbox ( <a href="http://www.informationalconnectivity.org">http://www.informationalconnectivity.org</a> ). </li><li> Confrontare l&#39;MVP di ogni time-point ad un MVP prototipo per ogni condizione (Nota: questo è lo stesso approccio utilizzato nel popolare a base di correlazione-nearest neighbor classificatore 2). Figura 1 (in alto) dà un esempio da dati reali raccolti i partecipanti hanno visto blocchi di quattro tipi di oggetti artificiali. <ol><li> Calcolare un prototipo (media) MVP per ogni condizione facendo la media dei tempi di valutazione di ciascuna condizione in all-ma-ovile. Questi sono i dati &quot;formazione&quot; per ogni piega (ad esempio, per la piega 2 su 5, medi-MVP sono calcolati dalle visite nei pieghe 1, 3, 4, e 5). </li><li> Correlare ogni visita &#39;; S MVP con la media-MVP di ogni condizione dai dati di addestramento. Questo darà ogni visita un valore di correlazione per ogni condizione (Nota: la condizione con la più alta correlazione qui sarebbe la previsione della correlazione popolare classificatore MVPA basato 2) </li><li> Fisher-trasformare le R-valori di z-score. </li></ol></li><li> Quantificare &#39;MVP discriminabilità&#39; per ogni timepoint: Prima di individuare la correlazione da 2.2.3 che rappresenta la relazione tra MVP del tempo di valutazione e la media-MVP di condizione che di tempo di valutazione, e quindi sottrarre il più alto dei rimanenti correlazioni (cioe &#39;la correlazione con la corretta stato &#39;minus&#39; massima correlazione con una condizione non corretta &#39;). Il risultato è MVP discriminabilità che di tempo di valutazione. Un approccio alternativo (e valido) sarebbe di sottrarre la correlazione media delle condizioni non corrette. Nota: L&#39;approccio proposto ha la Advanta intuitivoge che timepoints con i valori discriminabilità positivi sono classificati correttamente dal classificatore correlazione basata, mentre timepoints con valori negativi non sono previsti correttamente. Un esempio dei valori ottenuti è mostrato in figura 1 (in basso). I passaggi fino a questo punto vengono catturati nelle formule sottostanti. <img alt="2.3 equazioni" fo:content-width="4.5in" src="/files/ftp_upload/51226/51226_2.3_equations.jpg" /> x è un vettore normalizzato 1-by-m riga con valori di attivazione m voxel al time-point n, Y è un normalizzata 1-by-m vettore riga del modello di formazione media per una corretta (c) o errate (i) le condizioni per time-point n. La funzione artanh applica la z Fisher trasformata. </li></ol> 3. Calcolare una serie temporale di MVP discriminabilità per ogni Searchlight <ol><li> Condurre un&#39;analisi faro 10: Inserire un c tridimensionalelustro attorno ad ogni voxel a turno (un &#39;faro&#39;). </li><li> Ripetere i passaggi 2.2 e 2.3 per ogni faro, in modo che ogni faro dispone di una serie storica dei valori discriminabilità MVP (uno per timepoint). </li></ol> 4. Calcolare Informational connettività tra il seme e Searchlights <ol><li> Correlare serie del seme MVP discriminabilità tempo (da 2.3) con la serie di ogni faro discriminabilità tempo (da 3,2) utilizzando di Spearman Classifica correlazione. Il valore risultante r s è l&#39;IC tra il seme e il faro. </li><li> Assegnare il valore IC di ogni faro per voxel centrale del faro e scrivere mappa del cervello del soggetto risultante. </li></ol> 5. Calcolare Group Mappa statistici <ol><li> IC Se i dati non sono già in uno spazio standard (ad esempio, Talairach o MNI), trasformano partecipanti mappe nello stesso spazio. </li><li> Opzionalmente lisciare gli individui e# 39; mappe faro. </li><li> Creare una mappa statistica gruppo utilizzando una t-test di sola andata per se il valore IC di ogni faro è significativamente maggiore di zero. </li></ol> 6. Importanza test Nota: Esistono numerosi metodi per determinare la significatività statistica delle mappe del gruppo fMRI. Come test di permutazione in grado di determinare il significato con le ipotesi minime, mentre rappresentano il livello del dataset di smoothing (come ogni mappa gruppo permutato subisce lo stesso trattamento), questa opzione è descritto di seguito. <ol><li> Per ciascuna di 1.000 permutazioni, mescolate in modo casuale i valori MVP-discriminabilità del seme attraverso la serie storica. Tenere timepoints adiacenti con autocorrelazioni temporali (come timepoints nello stesso blocco) insieme (ad esempio, da blocchi anziché TR adiacenti shuffling). </li><li> Calcola IC mappe individuali per ogni permutazione (punto 4). </li><li> Genera 1.000 mappe del gruppo permutati: randomly selezionare uno permutato IC mappa da ciascun partecipante e condurre un test di gruppo su questo insieme casuale (punto 5). </li><li> Soglia ogni mappa gruppo permutato alla soglia desiderata (ad esempio, p &lt;0.001) ed estrarre la dimensione massima del cluster dalla mappa. </li><li> Ordina la risultante di 1.000 volumi di massima del cluster e identificare la dimensione dei cluster al 95 ° percentile (ad esempio, il 50 ° più grande per 1.000 permutazioni). </li><li> Applicare la soglia utilizzata in 6.4 (ad esempio, p &lt;0.001) e la dimensione minima del cluster dal 6,5 al reale (non permutato) IC mappa gruppo per renderlo cluster corretta a p &lt;0,05. Poiché ogni mappa permutato si ispira agli stessi valori discriminabilità MVP (in un ordine diverso), questo significato cartina evidenzia le regioni con più valori discriminabilità sincroni del previsto per caso. </li></ol>

<ol><li>Norman, K. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Beyond+mind-reading%3A+multi-voxel+pattern+analysis+of+fMRI+data%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+Cogn+Sci%22%5BJournal%5D)">Beyond mind-reading: multi-voxel pattern analysis of fMRI data.</a> Trends Cogn Sci. 10 (9), 424-430 (2006).</li>
<li>Haxby, J. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distributed+and+overlapping+representations+of+faces+and+objects+in+ventral+temporal+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Distributed and overlapping representations of faces and objects in ventral temporal cortex.</a> Science. 293 (5539), 2425-2430 (2001).</li>
<li>Tong, F., Pratte, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Decoding+patterns+of+human+brain+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Annu+Rev+Psychol%22%5BJournal%5D)">Decoding patterns of human brain activity.</a> Annu Rev Psychol. 63, 483-509 (2012).</li>
<li>Coutanche, M. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distinguishing+multi-voxel+patterns+and+mean+activation%3A+Why%2C+how%2C+and+what+does+it+tell+us%5BTitle%5D)+AND+%22Cogn+Affect+Behav+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Distinguishing multi-voxel patterns and mean activation: Why, how, and what does it tell us.</a> Cogn Affect Behav Neurosci. 13 (3), (2013).</li>
<li>Biswal, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+connectivity+in+the+motor+cortex+of+resting+human+brain+using+echo-planar+mri%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Res+Med%22%5BJournal%5D)">Functional connectivity in the motor cortex of resting human brain using echo-planar mri.</a> Magn Res Med. 34 (4), 537-541 (1995).</li>
<li>Friston, K. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Psychophysiological+and+modulatory+interactions+in+neuroimaging%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Psychophysiological and modulatory interactions in neuroimaging.</a> Neuroimage. 6 (3), 218-229 (1997).</li>
<li>Coutanche, M. N., Thompson-Schill, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Informational+Connectivity%3A+Identifying+synchronized+discriminability+of+multi-voxel+patterns+across+the+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Hum+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Informational Connectivity: Identifying synchronized discriminability of multi-voxel patterns across the brain.</a> Front Hum Neurosci. 7 (15), 1-14 (2013).</li>
<li>Chiu, Y. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tracking+cognitive+fluctuations+with+multivoxel+pattern+time+course+%28MVPTC%29+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropsychologia%22%5BJournal%5D)">Tracking cognitive fluctuations with multivoxel pattern time course (MVPTC) analysis.</a> Neuropsychologia. 50 (4), 479-486 (2012).</li>
<li>Nelissen, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frontal+and+parietal+cortical+interactions+with+distributed+visual+representations+during+selective+attention+and+action+selection%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Frontal and parietal cortical interactions with distributed visual representations during selective attention and action selection.</a> J Neurosci. 33 (42), 16443-16458 (2013).</li>
<li>Kriegeskorte, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Information-based+functional+brain+mapping%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Information-based functional brain mapping.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 103 (10), 3863-3868 (2006).</li>
<li>Cox, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((AFNI%3A+software+for+analysis+and+visualization+of+functional+magnetic+resonance+neuroimages%5BTitle%5D)+AND+%22Comput+Biomed+Res%22%5BJournal%5D)">AFNI: software for analysis and visualization of functional magnetic resonance neuroimages.</a> Comput Biomed Res. 29 (3), 162-173 (1996).</li>
<li>Fischl, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortical+surface-based+analysis.+II%3A+Inflation%2C+flattening%2C+and+a+surface-based+coordinate+system%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Cortical surface-based analysis. II: Inflation, flattening, and a surface-based coordinate system.</a> Neuroimage. 9 (2), 195-207 (1999).</li>
<li>Jimura, K., Poldrack, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analyses+of+regional-average+activation+and+multivoxel+pattern+information+tell+complementary+stories%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropsychologia%22%5BJournal%5D)">Analyses of regional-average activation and multivoxel pattern information tell complementary stories.</a> Neuropsychologia. 50 (4), 544-552 (2012).</li>
<li>Coutanche, M. N., Thompson-Schill, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+advantage+of+brief+fMRI+acquisition+runs+for+multi-voxel+pattern+detection+across+runs%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">The advantage of brief fMRI acquisition runs for multi-voxel pattern detection across runs.</a> Neuroimage. 61 (4), 1113-1119 (2012).</li>
<li>Coutanche, M. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-voxel+pattern+analysis+of+fMRI+data+predicts+clinical+symptom+severity%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Multi-voxel pattern analysis of fMRI data predicts clinical symptom severity.</a> Neuroimage. 57 (1), 113-123 (2011).</li>
</ol>

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

Connettività Informativo ha una sensibilità di MVPA all&#39;informazione modello distribuito, e offre la possibilità di studiare le interazioni tra regione attraverso un approccio di connettività. MVPA e le analisi univariata standard possono ogni rivelare il coinvolgimento di regioni distinte, a volte con poca sovrapposizione tra i loro risultati 1 3. Come prevedibile per un metodo che si basa su questi approcci di analisi, IC e FC anche dare risultati complementari 7. La decisione se impiegare IC dipende in ultima analisi alle condizioni oggetto di indagine e le questioni teoriche di essere poste. Considerazioni sulla progettazione di tale impatto se MVPA è condotta su un dataset influirà anche se viene utilizzato IC. Studi progettato con IC esplicitamente in mente vorranno seguire le raccomandazioni per MVPA 1 4, garantendo al contempo che i dati a livello di processo possono essere estratti da tutto timecourse della scansione. Nell&#39;esaminaree riportare i risultati IC, è importante che i proiettori sovrapposti con il seme vengono rimosse, per evitare circolarità. Inoltre, se si confrontano direttamente IC e risultati FC, è consigliabile confronta anche un&#39;analisi FC basata sull&#39;attivazione medio di proiettori, piuttosto che voxel. Questa ulteriore analisi può garantire che le eventuali differenze tra i risultati non sono a causa delle differenze nei livelli di segnale-rumore in proiettori rispetto voxel. La procedura qui descritta si concentra principalmente su un&#39;analisi esplorativa impiega proiettori. Vale la pena notare che sostituendo proiettori con le regioni di interessi, IC può anche confrontare regioni selezionate una precedente i. L&#39;attuale metrica discriminabilità - confrontando la correlazione di un MVP per il &#39;vero&#39; condizione alla correlazione per la condizione di massima alternativo - è anche modificabile. Molti classificatori machine learning hanno pesi pronostico per diffclassi erenti, che potrebbero sostituire facilmente i confronti di correlazione svolte qui (ad esempio, per monitorare la &#39;fiducia&#39; di un classificatore nel tempo). IC ha una varietà di usi possibili. Oltre ad essere un analisi primaria per indagare reti informative, IC può essere un&#39;analisi follow secondaria a un faro MVPA. Le mappe faro MVPA sono preziose per capire quali regioni possono distinguere diverse condizioni, ma non sono in genere suddivisi in reti diverse. L&#39;approccio IC può aiutare qui, rivelando che imposta di proiettori hanno discriminabilità sincrono. Infine, le mappe IC di compiti diversi può essere paragonato al fine di comprendere le reti di attività, ed i pazienti possono essere paragonati a controlli per capire meglio come le differenze multi-voxel 1 5 si manifestano a livello di rete.

L&#39;obiettivo del metodo di analisi qui descritta è misurare la connettività tra le regioni del cervello basato su variabilità dei dati multi-voxel. I progressi nella risonanza magnetica funzionale (fMRI), tecniche di analisi hanno rivelato che una grande quantità di informazioni può essere contenuto entro livelli nel sangue-ossigenazione-dipendente (BOLD), modelli di attività che vengono distribuiti su più voxel 1-3. Un insieme di tecniche che sono sensibili alle informazioni multivariata - noto come modello multi-voxel analisi (MVPA) - è stato utilizzato per dimostrare che le condizioni possono avere MVP distinguibili pur avendo risposte indistinguibili univariati 1,2,4. Analisi standard, che confrontano le risposte univariata, può essere insensibile a queste informazioni multi-voxel. Regioni cerebrali multiple sono impegnati quando gli esseri umani elaborano gli stimoli ed eseguire operazioni cognitive. Connettività funzionale (FC) è un metodo comunemente impiegato per indaginecancello tali reti funzionali 5,6. Nella sua forma più elementare, FC quantifica co-attivazione, o la sincronia tra i vari voxel o regioni. FC è stato usato per identificare le reti del cervello funzionalmente collegati con molto successo. Per molte regioni e delle condizioni, però, le risposte univariate non riflettono tutte le informazioni disponibili nell&#39;ambito dell&#39;attività BOLD. Tecniche di FC che tengono traccia che cambiano dinamicamente i livelli di risposta univariata possono mancare sensibilità alle fluttuazioni comuni nelle informazioni multi-voxel. Il metodo di analisi qui presentata, connettività informativo (IC; prima descritto in un recente articolo 7), colma un divario tra MVPA e FC, misurando la connettività con una metrica che è sensibile a informazioni multi-voxel nel tempo. Mentre FC ascolti cambiano dinamicamente l&#39;attivazione univariata, IC brani che cambiano dinamicamente MVP discriminabilità - una misura di quanto bene vera condizione di un MVP si distingue dalle alternative (errati). Importante, in tegli stesso modo in cui le diverse regioni può mostrare livelli simili di risposte univariata a una condizione, nonostante l&#39;esecuzione di calcoli distinti (ad esempio, l&#39;elaborazione visiva o di pianificazione azione quando una persona osserva degli oggetti artificiali), distinte regioni possono anche avere livelli simili (e sincronizzati) di MVP discriminabilità mentre si elaborano le condizioni in modo diverso. Una recente indagine ha dimostrato che IC può rivelare la connettività inter-regionale che non è rilevabile con un approccio standard FC 7. Gli investigatori possono quindi utilizzare IC per sondare le interazioni tra le regioni del cervello come partecipanti rispondono alle condizioni o stimoli che hanno caratteristici modelli distribuiti. IC è distinta da diverse recenti applicazioni di connettività che hanno esaminato le fluttuazioni dei attivazione univariata in relazione ai risultati della classificazione 8, 9. A differenza di questi approcci, IC rileva sincrono modello discriminabilità multi-voxel tra le regioni.

<table><tbody><tr><td>Pacchetto software MATLAB</td><td>Pacchetto software MathWorks</td><td></td><td></td></tr><tr><td>AFNI</td><td>NIMH</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

utilizzando informativo connettività a misurare l&#39;emergere sincrono di fmri multi-voxel informazioni across time

Using Informational Connectivity to Measure the Synchronous Emergence of fMRI Multi-voxel Information Across Time

E &#39;ormai apprezzato tale condizione rilevanti informazioni possono essere presenti all&#39;interno di modelli distribuiti di risonanza magnetica funzionale (fMRI) l&#39;attività cerebrale, anche per le condizioni con livelli simili di attivazione univariata. Modello multi-voxel (MVP) analisi è stata utilizzata per decodificare queste informazioni con grande successo. Investigatori FMRI spesso cercano di capire come le regioni del cervello interagiscono in reti interconnesse, e utilizzare la connettività funzionale (FC) per identificare le regioni che si sono correlate le risposte nel corso del tempo. Proprio come le analisi univariata può essere insensibile alle informazioni in MVP, FC non può caratterizzare completamente le reti del cervello che elaborano le condizioni con caratteristici firme MVP. Il metodo qui descritto, connettività informativo (IC), in grado di identificare le regioni con variazioni correlate a MVP-discriminabilità attraverso il tempo, rivelando la connettività che non è accessibile a FC. Il metodo può essere esplorativa, con proiettori per identificare semi connaree ette, o previste, tra le regioni di interessi pre-selezionati. I risultati possono spiegare reti di regioni che elaborano le condizioni MVP-correlate, di degradazione possono mappe faro MVPA in reti separate, oppure possono essere confrontati attraverso attività e gruppi di pazienti.

I risultati IC possono ora essere visualizzati utilizzando preferito pacchetto software di analisi del ricercatore fMRI. Figura 2 mostra i risultati IC, calcolati dai blocchi di presentare visivamente uomo fatto di oggetti (le informazioni complete nella pubblicazione associata 7). L&#39;analisi IC è particolarmente preziosa per le condizioni noti per essere associati MVP: Condizioni di MVP caratteristici, ma senza differenze nelle risposte univariata, sono più probabilità di avere distinzioni tra IC e FC (illustrato con dati che sono stati registrati come partecipanti hanno visto diversi tipi di uomo realizzato oggetti in Figura 3). figura 4 mostra che i proiettori con un significativo informazioni multi-voxel può avere alta IC, ma sono meno ben rappresentate nei risultati FC. <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51226/51226fig1highres.jpg" width = &quot;500&quot; /&gt; .. Figura 1 Esempi di modello discriminabilità nel tempo Top:. I substrati di MVP discriminabilità calcolata da un soggetto in Haxby et al (2001) 2, come analizzato in Coutanche &amp; Thompson-Schill (2013) 7. La linea blu indica la correlazione z-gol tra «MVP e la media punti temporali (&#39;training&#39;) modello della classe corretta. Le linee verdi rappresentano le correlazioni MVP &quot;con tre classi errati. In basso: Reticolo discriminabilità è la differenza tra le correlazioni per la classe corretta e più alta classe errato. Time-punti con valori modello discriminabilità positivi sarebbero classificate correttamente da un classificatore basato correlazione. Figura originariamente pubblicato nel Coutanche &amp; Thompson-Schill (2013) 7. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51226/51226fig1highres.jpg" target="_blank">Cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura</a>. <img alt="Figura 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51226/51226fig2highres.jpg" width="500" /> Figura 2. Mappe connettività Esempio. Ogni riga mostra zone significativamente collegati ad un seme (in blu). Importanza è determinato da un gruppo t-test (p &lt;0,001) con dimensione minima cluster da test permutazione. I risultati IC vengono visualizzati utilizzando AFNI 1 1 sulle mappe superficiali prodotti con FreeSurfer 1 2. La figura viene modificato da Coutanche &amp; Thompson-Schill (2013) 7. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51226/51226fig2highres.jpg" target="_blank">Cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51226/51226fig3highres.jpg" width="500" /> Figura. 3 Synchronized MVP discriminabilità rispetto a significare l&#39;attivazione Esempi di MVP discriminabilità in due regioni con discriminabilità MVP sincrono (cioè connettività informativo) senza sincrono di attivazione medio (cioè connettività funzionale).; dati provengono da un soggetto da Haxby et al. (2001) 2, come analizzato in Coutanche &amp; Thompson-Schill (2013) 7. Questi punti di dati sono stati raccolti mentre il soggetto visti presentazioni visive di oggetti artificiali, che sono distinguibili da modelli multi-voxel, ma non significa risposte. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51226/51226fig3highres.jpg" target="_blank">Cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51226/51226fig4highres.jpg" width="500" /> Figura 4. Esempio IC e FC valori tra un seme nel lefgiro t fusiforme e proiettori in tutto il cervello. informativo e punti di forza di connettività funzionale (z-assi) sono mostrati tra un seme e proiettori, per quanto riguarda la risposta medio di ciascun faro (asse x) e la precisione di classificazione MVPA (asse y) a quattro tipi di oggetti artificiali (probabilità = 25%). Proiettori condividono voxel con la regione seme sono stati rimossi. Il grafico IC include esempi di proiettori con una forte connettività che offrono prestazioni di alta classifica, ma bassi livelli di risposta media, che non vengono raccolti in un approccio tipico FC (visto dal divario nella ottante in alto a sinistra del grafico a destra). Figura originariamente pubblicato nel Coutanche &amp; Thompson-Schill (2013) 7. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51226/51226fig4highres.jpg" target="_blank">Cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a>

La connettività informativa misura la corrispondenza tra i corsi temporali delle informazioni multi-voxel in diverse regioni del cervello. Le serie temporali di discriminabilità del modello multi-voxel vengono estratte dalle regioni e confrontate, rivelando reti che non sono identificate in un tipico approccio di connettività funzionale.

Utilizzando Informativo Connettività a misurare l&#39;emergere sincrono di fMRI Multi-voxel Informazioni Across Time

It is now appreciated that condition-relevant information can be present within distributed patterns of functional magnetic resonance imaging (fMRI) brain ...

L'obiettivo generale di questa procedura è misurare la connettività tra regioni cerebrali in base alle variazioni nei loro schemi di attività distribuita nel tempo. Questo viene ottenuto innanzitutto selezionando una regione seme. Successivamente, la discriminabilità del modello multivoxel viene calcolata per ogni punto temporale per la regione seme e per ogni searchlight o regione di interesse.L'ultimo passaggio consiste nel correlare la serie temporale della discriminabilità della regione seme con ciascun searchlight. In definitiva, la connettività informativa viene utilizzata per rivelare la connettività tra regioni che contengono informazioni distribuite nei pattern dei voxel. Il principale vantaggio di questa tecnica rispetto ad altre, come la connettività funzionale, è che può rilevare connettività utilizzando condizioni che non differiscono nella risposta immunitaria, ma che presentano una firma multivariata unica.Beh, ho avuto per la prima volta l'idea di questo metodo rendendomi conto che molte tecniche di connettività ignorano informazioni contenute esclusivamente nei pattern di attività multivoxel. Proprio come oggi sappiamo che gli approcci univariati sono completamente ciechi rispetto alle informazioni contenute nei pattern di attività multivoxel, per iniziare questa procedura rimuovere i segnali di movimento e del segnale medio della sostanza bianca dalle serie temporali dei dati fMRI pre-elaborati creando un modello di regressione con predittori per i parametri di movimento e il segnale medio della sostanza bianca. Successivamente, condurre l'analisi seguente sui residui risultanti.Importare i residui generati in un pacchetto di analisi come MATLAB o Python, utilizzando, ad esempio, il toolbox open source MATLAB per la connettività informativa. Successivamente, trasformare la serie temporale di ogni voxel in zco. Separare i punti temporali dei dataset in insiemi indipendenti, come diverse sessioni di scansione.Quindi creare un record delle etichette di condizione associate ai punti temporali generando un vettore di etichette di condizione. Ovvero, punti temporali finali lunghi, anticipare le etichette di condizione in ogni esecuzione di un numero di volte corrispondente a cinque secondi per tenere conto del ritardo emodinamico tra gli eventi e i segnali fMRI registrati. Per selezionare una regione seme, isolare un'area anatomica selezionando i voxel nel software preferito o mediante una funzione di atlante etichettato, localizzando funzionalmente una regione o selezionando una ricerca a searchlight con prestazioni elevate nella mappatura cerebrale dell'informazione.Quindi confrontare il MVP di ogni momento. Indicare un MVP prototipico per ogni condizione. Utilizzando la toolbox open source MATLAB per la connettività informativa.Calcola un MVP prototipico per ogni condizione facendo la media dei punti temporali di ciascuna condizione in tutti i fold tranne uno. Successivamente, correla l'MVP di ogni punto temporale con l'MVP medio di ciascuna condizione proveniente dai dati di addestramento. Ciò fornirà a ogni tempo un valore di correlazione di 0,1 per ciascuna condizione.Si noti che la condizione con la correlazione più elevata qui corrisponderebbe alla previsione del classificatore MVPA basato sulla correlazione più diffuso. Successivamente, quantificare la DISCRIMINABILITÀ MVP per ciascun punto temporale identificando innanzitutto la correlazione che rappresenta la condizione di quel punto temporale, quindi sottraendo la più alta tra le correlazioni rimanenti.Il risultato è la discriminabilità MVP di ciascun punto temporale. Per effettuare un'analisi con search light, posizionare un cluster tridimensionale attorno a ciascun vle. Ripetere quindi il passaggio precedente per ogni search light in modo che ciascun search light abbia una serie temporale di valori di discriminabilità MVP.Ora correlare la serie temporale della discriminabilità MVP del seme con la serie temporale della DISCRIMINABILITÀ di ogni searchlight. Utilizzando la correlazione di rango di Spearman, il valore RS risultante corrisponde alla IC tra il seme e lo searchlight. Assegnare quindi il valore IC di ogni searchlight al voxel centrale dello stesso e salvare la mappa cerebrale individuale risultante.Se i dati non sono già nello spazio standardizzato, trasformare le mappe IC del partecipante nello stesso spazio. Facoltativamente, applicare una procedura di smoothing alle mappe a raggio di ricerca dell'individuo. Questa figura mostra esempi di DISCRIMINABILITÀ MVP in due regioni con discriminabilità MVP sincrona senza attivazione media sincrona.Questi punti dati sono stati raccolti mentre il soggetto osservava presentazioni visive di oggetti artificiali, distinguibili tramite modelli multivoxel, ma non attraverso le risposte medie. Qui viene mostrato un esempio dei valori di IC e FC tra un punto seme nel solco occipitotemporale sinistro e le finestre mobili (searchlight) distribuite nell'intero cervello. Le intensità di connettività informativa e funzionale sono indicate sull'asse Z rispetto alla risposta media di ciascuna finestra mobile sull'asse X e all'accuratezza della classificazione MVPA sull'asse Y; l'angolo in alto a sinistra del grafico dell'IC mostra finestre mobili informativamente connesse con elevate prestazioni di classificazione, ma bassi livelli di risposta media.Il vuoto nell'angolo in alto a sinistra del grafico FC mostra che questi searchlight connessi non vengono rilevati con un approccio FC tipico. Di seguito è riportato un esempio delle mappe di connettività. Ogni riga mostra le regioni significativamente connesse a un seed. La significatività è determinata da un test T di gruppo con dimensione minima del cluster ottenuta tramite test di permutazione.I risultati di IC sono visualizzati qui mediante mappe dell'acne sulla superficie prodotte con FreeSurfer seguendo questa procedura. Possono essere eseguite altre analisi, come la connettività funzionale, al fine di indagare ulteriori quesiti, ad esempio se le condizioni siano unicamente connesse da modelli multivoxel o se siano anche sincrone nelle loro risposte medie. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come misurare la connettività tra regioni in base ai loro modelli multivoxel.Grazie per aver guardato.

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