Szczegółowo opisujemy, jak przeprowadzić metaanalizę badań neuroobrazowania opartych na wokselach za pomocą Mapowania d opartego na nasionach z permutacją obrazów obiektowych (SDM-PSI).
Method Article
Szczegółowo opisujemy, jak przeprowadzić metaanalizę badań neuroobrazowania opartych na wokselach za pomocą Mapowania d opartego na nasionach z permutacją obrazów obiektowych (SDM-PSI).
Większość metod przeprowadzania metaanalizy badań neuroobrazowania opartych na wokselach nie ocenia, czy efekty nie są zerowe, ale czy istnieje zbieżność szczytów o znaczeniu statystycznym, i redukują ocenę dowodów do binarnej klasyfikacji opartej wyłącznie na wartościach p (np. woksele mogą być tylko "statystycznie istotne" lub "niestatystycznie istotne"). W tym miejscu szczegółowo opisujemy, jak przeprowadzić metaanalizę przy użyciu mapowania d opartego na nasionach z permutacją obrazów obiektowych (SDM-PSI), nowatorskiej metody, która wykorzystuje standardowy test permutacji do oceny, czy efekty nie są zerowe. Pokazujemy również, jak oceniać siłę dowodów zgodnie z zestawem kryteriów, które uwzględniają szereg poziomów istotności statystycznej (od bardziej liberalnych do bardziej konserwatywnych), ilość danych lub wykrywanie potencjalnych błędów systematycznych (np. efekt małego badania i nadmierna istotność). Aby zilustrować tę procedurę, szczegółowo opisujemy przeprowadzenie metaanalizy badań morfometrycznych opartych na wokselach w zaburzeniach obsesyjno-kompulsywnych i podajemy wszystkie dane już wyodrębnione z rękopisów, aby umożliwić czytelnikowi łatwe odtworzenie metaanalizy. SDM-PSI może być również stosowany do metaanaliz funkcjonalnego rezonansu magnetycznego, obrazowania tensora dyfuzji, pozycyjnej tomografii emisyjnej i badań morfometrii powierzchniowej.
Od czasu wprowadzenia rezonansu magnetycznego, społeczność neuroobrazowania opublikowała tysiące badań nad neuronalnymi substratami funkcji psychologicznych i zaburzeń neuropsychiatrycznych. Aby podsumować te wyniki, opracowano kilka metod1,2,3,4,5,6. Oryginalne badania neuroobrazowe oparte na wokselach podają współrzędne pików o istotności statystycznej (np. w porównaniu objętości istoty szarej między pacjentami a grupą kontrolną), a metody metaanalityczne zwykle oceniają, czy istnieje zbieżność pików w określonych obszarach mózgu.
Jednak wcześniej pokazaliśmy, że te testy na zbieżność szczytów opierają się na delikatnych założeniach, które mogą wpływać na wzorce wyników metaanalizy i ich istotność statystyczną7. W szczególności testy te zakładają, że woksele są niezależne i że mają takie samo prawdopodobieństwo "fałszywego" piku, podczas gdy w prawdziwej istocie szarej woksele korelują ze swoimi sąsiadami, a prawdopodobieństwo, że woksel ma "fałszywy" pik, zależy od jego składu tkankowego. Ponadto obejmują one również paradoksy, takie jak to, że moc statystyczna wzrasta w obecności kilku prawdziwych efektów i maleje, gdy istnieje wiele prawdziwych efektów.
Aby przezwyciężyć te problemy, opracowaliśmy metodę, która przypisuje mapy mózgu efektów statystycznych dla każdego badania, a następnie przeprowadza standardową metaanalizę efektów losowych, aby formalnie sprawdzić, czy efekty różnią się od zera. Metoda ta nazywa się "Seed-based d Mapping with Permutation of Subject Images" (SDM-PSI)8, a jej główne cechy to:
Szczegółowo opisaliśmy i w pełni zweryfikowaliśmy metody SDM w innym miejscu4,8,10,13,14.
Ponadto, sugerujemy, aby nie polegać na binarnej klasyfikacji wokseli opartej na poziomie istotności statystycznej (istotna vs. nieistotna), ale odwrotnie, oceniając siłę dowodów za pomocą zestawu kryteriów22. Binarny redukcjonizm istotności statystycznej prowadzi do słabej kontroli wskaźników wyników fałszywie dodatnich i fałszywie ujemnych15, podczas gdy kryteria wykorzystują zakresy poziomów istotności statystycznej i uwzględniają ilość danych lub potencjalne błędy systematyczne. Oprogramowanie SDM-PSI zwraca elementy niezbędne do przeprowadzenia takiej klasyfikacji8, a zatem można je wykorzystać, aby zapewnić bardziej szczegółową klasyfikację siły dowodów.
Tutaj pokazujemy, jak przeprowadzić metaanalizę badań neuroobrazowania opartych na wokselach przy użyciu SDM-PSI. Aby zilustrować protokół, wykorzystujemy dane z opublikowanej metaanalizy badań morfometrycznych opartych na wokselach, w których badano nieprawidłowości istoty szarej u pacjentów z zaburzeniami obsesyjno-kompulsywnymi (OCD)4. Nie będziemy jednak korzystać z metod zastosowanych w tej wczesnej metaanalizie, ale ze wspomnianych wcześniej najnowocześniejszych procedur. Czytelnik może pobrać oprogramowanie i te dane z naszej strony internetowej (http://www.sdmproject.com/) w celu odtworzenia analizy.
Wszyscy badacze, którzy chcą przeprowadzić metaanalizę badań neuroobrazowania opartych na wokselach, mogą postępować zgodnie z tym protokołem. Metoda może być stosowana z funkcjonalnym obrazowaniem rezonansu magnetycznego (fMRI, np. BOLD reakcja na bodziec)16, morfometrią opartą na wokselach (VBM, np. objętość istoty szarej)17, obrazowaniem tensora dyfuzji (DTI, np. anizotropia frakcyjna)18, pozycyjną tomografią emisyjną (PET, np. zajętość receptora)19 oraz badania/zestawy danych morfometrii powierzchniowej (SBM, np. grubość kory).
1. Instalacja SDM-PSI
2. Plan metaanalizy
3. Wyczerpujące wyszukiwanie
4. Gromadzenie danych
5. Wprowadzenie danych do SDM-PSI
6. Przetwarzanie wstępne
7. Główna analiza
8. Heterogeniczność, stronniczość publikacji i ocenianie
Jak pokazano na mapie otwartej w MRICron podczas progowania głównej analizy (Rysunek 2, krok 7.6), pacjenci z OCD mieli statystycznie istotnie mniejszą objętość istoty szarej w grzbietowej przedniej części zakrętu obręczy/przyśrodkowej korze czołowej. Dołączona strona internetowa szczegółowo opisuje, że gromada jest umiarkowanie mała (143 woksele) i znajduje się głównie w obszarze Brodmanna 32, a szczyt gromady przypada na MNI [2, 32, 32], ma wartość z -4,97 i skorygowaną przez FWER wartość p równą 0,01.
Na stronach internetowych uzyskanych w krokach 8.1 i 8.2, niska statystyka I2 (1,5%) wskazuje na bardzo małą niejednorodność, wykres lejka nie wykazuje asymetrii (Rysunek 3), a zarówno test na efekt małego badania, jak i test na nadmierną istotność są negatywne. Jednak dowody na mniejszą objętość istoty szarej w grzbietowej przedniej części kory zakrętu obręczy są umiarkowanie słabe, jak pokazano na mapie otwartej w MRICron podczas oceny dowodów, zwłaszcza ze względu na ograniczoną ilość danych.
Gdy główna analiza została oceniona przy użyciu mniej rygorystycznego poziomu istotności statystycznej (krok 7.3), pacjenci wykazywali również statystycznie istotnie większą objętość istoty szarej w prążkowiu i górnym zakręcie ciemieniowym (nieskorygowane wartości p = odpowiednio 0,00006 i 0,0002), ale dowody tych nieprawidłowości powinny być uważane za słabsze.

Rysunek 1: Główne okno graficznego interfejsu użytkownika SDP-PSI podczas wykonywania średniej. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rycina 2: Obszary o statystycznie istotnie mniejszej objętości istoty szarej u pacjentów z zaburzeniami obsesyjno-kompulsywnymi w porównaniu z dopasowaną zdrową grupą kontrolną.
Klaster istotności statystycznej obejmuje 143 woksele, osiąga szczyt w MNI [2,32,32] i obejmuje głównie grzbietową przednią korę obręczy/przyśrodkową korę czołową, obszar Brodmanna 32. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rycina 3: Wykres lejkowy dla szczytu skupiska statystycznie istotnie mniejszej objętości istoty szarej w grzbietowej przedniej części kory zakrętu obręczy. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
| Pakiety oprogramowania | Kodowanie w SDM |
| Statystyczne mapowanie parametryczne (SPM) | Protokół SMP |
| Biblioteka oprogramowania FMRIB (FSL) | Certyfikat FSL |
| Inne pakiety | inny |
| Przestrzeń stereotaktyczna | Kodowanie w SDM |
| Instytut Neurologiczny w Montrealu (MNI) | MNI |
| Surowy talairach | Tal |
| MNI przekonwertowany na Talairach za pomocą transformaty Bretta | Brett |
Tabela 1: Lista pakietów oprogramowania i przestrzeni stereotaktycznych rozumianych przez SDM-PSI.
| Wartości t muszą być dodatnie, gdy: | Wartości t muszą być ujemne, gdy: | |
| Badania fMRI dla jednej próby | Zadanie > plan bazowy (aktywacja) | Zadanie < plan bazowy (dezaktywacja) |
| Badania fMRI dla dwóch prób | Pacjenci > grupie kontrolnej w zadaniu > punkcie wyjściowym (hiperaktywacja) | Pacjenci < grupie kontrolnej w zadaniu > punkcie wyjściowym (hipoaktywacja) |
| Pacjenci < kontrolach w zadaniu < punkcie wyjściowym (niepowodzenie dezaktywacji) | Pacjenci > grupie kontrolnej w punkcie wyjściowym < zadania (hiperdezaktywacja) | |
| Badania VBM / FA dla dwóch prób | pacjenci > grupie kontrolnej (większa objętość / FA) | pacjenci < grupie kontrolnej (mniejsza objętość / FA) |
Tabela 2: Znak wartości t szczytów.
Jak wspomniano wcześniej, większość metod metaanalitycznych opartych na wokselach wykorzystuje test zbieżności pików, który ma pewne ograniczenia, a następnie przeprowadza binarną klasyfikację dowodów wyłącznie na podstawie wartości p.
W tym protokole szczegółowo opisaliśmy, jak przeprowadzić metaanalizę opartą na wokselach przy użyciu SDM-PSI, która ma szereg pozytywnych cech, w tym standardowy test permutacji w celu oceny istotności statystycznej efektów. Ponadto pokazujemy, w jaki sposób można ocenić siłę dowodów przy użyciu zestawu kryteriów, które wykraczają poza klasyfikację binarną, która opiera się wyłącznie na jednym poziomie istotności statystycznej.
Aby ułatwić odtworzenie przykładowej metaanalizy, udostępniamy dane już wyodrębnione z rękopisów z poprzedniej metaanalizy. Co ciekawe, w rękopisie tej metaanalizy dowody "wydawały się" silniejsze niż dowody, które znaleźliśmy za pomocą zaktualizowanych metod. W związku z tym sugerujemy, aby niesystematyczne oceny danych naukowych z poprzednich metaanaliz opartych na wokselach były podejmowane z ostrożnością.
Mamy nadzieję, że zgodnie z tym protokołem, metaanalizy neuroobrazowania dostarczą bogatszego i bardziej szczegółowego opisu dowodów na wyniki neuroobrazowania.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez Miguel Servet Research Contract MS14/00041 i Research Project PI14/00292 z Plan Nacional de I+D+i 2013–2016, Instituto de Salud Carlos III-Subdirección General de Evaluación y Fomento de la Investigación, Europejski Fundusz Rozwoju Regionalnego (FEDER), oraz przez PFIS Predoctoral Contract FI16/00311. Fundatorzy nie odegrali żadnej roli w projektowaniu i prowadzeniu badania; gromadzenie, zarządzanie, analiza i interpretacja danych; przygotowanie, recenzja lub zatwierdzenie manuskryptu; oraz decyzję o skierowaniu manuskryptu do publikacji.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Komputer | z 32- lub 64-bitowym systemem Windows, 64-bitowym systemem Mac OSX lub 64-bitowym systemem Linux |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission