Açıklanan yaklaşım amacı ne anlarda paradigma (zamansal perspektif) ve hangi bölgelerine (mekansal perspektif) arasında fonksiyonel bağlantı içinde önemli kurulmaksızın fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme üzerinde meydana belirlemektir kayıtları sırasında zaman kilitli bir uyarıcı oynanır.
Görev tabanlı fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme bizim beyin stimülasyonu türleri için nasıl tepki verdiğini anlamak için büyük bir potansiyel taşımaktadır; Ancak, bu kez fonksiyonel işleme dinamik faset dikkate almadan sağlanır ve analitik çıkışları genellikle birleştirilmiş görev temelli etkileri etkileri ve beyin aktivitesinin temel spontan dalgalanmalar için hesap. Burada, bu kısıtlamalar dışında gidebilirsiniz bir roman metodolojik boru hattı tanıtmak: sürgülü pencere analitik düzeni kullanımına zaman içinde işlevsel değişikliklerin izlenmesine izin verir ve çapraz-konu ile bağlantılı ölçümleri, yaklaşım olabilir tamamen uyarıcı ile ilgili etkileri yalıtmak. Titiz eşik işlemi sayesinde arası konu fonksiyonel ilişki içinde önemli değişiklikler çıkarılan ve analiz.
Sağlıklı deneklerin doğal görsel-işitsel uyarım yapılan bir sette, biz film sökülmüş fonksiyonel kurulmaksızın belirli ipuçlarını bağlayarak yaklaşım kullanışlılığı göstermek. Biz nasıl, bizim yöntem bir beyin aktivitesi (belirli bir bağlantı evrimi) ya da geçici bir profil yakalamak, veya kayma anlık bir anahtar saat noktada odak gösteriyor. Biz bütün boru hattı genel kullanıma sunulan bir halini sağlar ve kullanımı ve etkisi anahtar parametreleri adım adım açıklayın.
Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) non-invaziv dış uyarılması sonucu beyin aktivitesi içinde değişiklikleri izlemek için tercih edilen aracı haline gelmiştir. Daha ayrıntılı olarak, canlı faiz bölgesel harekete geçirmek zaman kursları, fonksiyonel bağlantı (FC)1 olarak bilinen ve genellikle Pearson korelasyon hesaplanan arasında istatistiksel dayanışma anlayışı hakkında ortaya çıkmıştır katsayısı. Beyin arasında işlevsel interplays kapsamlı temel görev2,3,4bir fonksiyonu olarak yeniden yapılandırmak için gösterilmiştir.
İki analitik ayrı ayrı izlemek yön bu tanıtım karakterizasyonu gitmek için: bir yandan, belirli beyin bölgesi içinde bir zaman kilitli uyarıcı tarafından indüklenen yanıt şiddetle5 ayrı konular arasında ilişkilendirmek için gözlenmiştir . Bu korelasyon arası konu (Isc) miktarının biliş6,7,8,9 ve beyin hastalıkları10,11 anlayışımızı geliştirmek için potansiyel gösterdi . Ayrıca, bu çapraz-konu bağlantılı yaklaşım aynı zamanda çapraz bölgesel synchronicity12 arası konu fonksiyonel korelasyon (ISFC) yaklaşım13bilinen oldu, değerlendirilmesi için uzatıldı.
Öte yandan, artan ilgi almak FC kurulmaksızın dinamik lezzeti başladı (Hutchison vd.14, Preti, Bolton ve Van De Ville15, Gonzales-Castillo ve Bandettini16 son değerlendirmeler için bkz: dinlenme-devlet ve görevlere tarafında bu soru). Özellikle, Bütün beyin FC değişiklikler zamanla üst üste korelasyon ölçümleri ek anlayış davranış görevleri bağlamında ortaya bir yavaş yavaş ötelenen geçici alt pencere17,18, üzerinden izlenebilir 19,20.
Burada, bu iki caddeleri birleştiren bir metodolojik çerçeve mevcut. Gerçekten de, ISFC için bir zaman kilitli, doğal paradigma maruz konular arasında çapraz bölgesel synchronicity evrimi izlemek için sürgülü pencere moda hesaplamak. (Bu konular arasında uncorrelated) spontan fMRI değişiklikleri şiddetle sönümlü iken yöntemi çapraz-konu yönünü uyarıcı tahrik etkileri üzerinde analizleri odaklandık. Bu önemli çünkü dinlenme-devlet ve görev uyarılmış etkinlik desenler giderek farklı özellikleri21,22tarafından karakterize edilebilir için anlaşılır.
Yöntemi dinamik bileşen gelince, bu görev uyaranlara, daha eksiksiz ve doğru karakterizasyonu özellikle doğal bir paradigma yardımlar (işitsel, görsel, sosyal, vb) farklı bir dizi zaman içinde birleştirilir sondalama sağlar. Önemli dinamik dalgalanmaları ses istatistiksel değerlendirilmesi hararetli tartışılan23,24olduğu gibi daha fazla, bizim önemli ISFC değişimler izole ederek analizler bu yönünü çok belirli yaklaşım uygun null veri karşılaştırma.
Biz kimin için gösterdiğimiz zamansal ve mekansal ISFC alt aralıkları doğru bir şekilde elde edilebilir yerelleştirilmiş filmden kaynaklanan profilleri değiştirmek bir görsel-işitsel film uyarana maruz sağlıklı konularda bir dizi yöntem gösterilmektedir. Bunu yaparken, aynı zamanda kullanıcı tarafından seçilecek ana analitik parametreleri etkisi açıklanmaktadır. Sunulan bulgular önceden yayımlanmış veri25,26parçası üzerinde temel alır.
Bir veri kümesinde sağlıklı deneklerin, biz ne zaman uyumlu çapraz-Konu artış gösterdi ve FC, ISFC geçişler düşüşler statik tanım gider bilgi veren, geçici lokalize film yardımlar eşleşecektir. Her ne kadar konu çapraz korelasyon kullanımını analiz uyarıcı uygulamalı fonksiyonel kurulmaksızın üzerinde odaklanmak için etkinleştirir ölçer, bir de o bulgular okudu nüfus arasında paylaşılan efektler için sınırlar farkında olmalıdır: Bu nedenle, alt düzey duyusal işleme ön işleme40‘ a göre aşırı temsil olacağı tahmin edilmektedir. Bu sınırlama atlamak için aynı zamanda en güçlü konular arasında değişen bölgeler ayıklamak için yeteneğine sahip yeni yöntemleri gelişmiş41davranıyorsun.
ISFC geçici zaman derslerin zamansal çözünürlük frame-wise yaklaşımlar15ile karşılaştırıldığında indirilir gibi tanıtılan metodoloji üzerinden başka bir sınırlama sürgülü pencere açıdan doğar. Biz gösterdiği gibi bir ticaret-off düzgün dinamik ISFC kurulmaksızın gidermek için yeterince düşük pencere uzunluğu arasında gerekli değildir ve sağlam elde etmek için yeterince büyük bir boyutu tahmin ediyor. Bizim çerçevesinde iki kritik adım emin olmak hulâsa ISFC geçişler bağlantısı’nda gerçekten meydana gelen değişiklikleri yansıtacak: ilk, yüksek geçiren bölgesel zaman içerisinde pencere uzunluğu32; tersini ile filtreleme İkincisi, dinlenme-devlet ISFC veri kullanım uyarıcı ile ilgili verileri ile karşılaştırıldığında aynı edinme parametrelerle ilgili bir null dağıtım nesil için. Böylece dinlenme durumu verilerinin uyarıcı ile ilgili oturum üstünde tepe-in elde edilebilir tabii ki, ikincisi de bir lengthier küresel satın alma zaman gerektirir. Ek dinlenme-devlet kayıtları önlemek için alternatif bir yaklaşım da randomize faz verileri doğrudan zaman uyarıcı ile ilgili kurslar oluşturmak için sık sık dinamik fonksiyonel bağlantı analizleri içinde kullanılan bir yaklaşım sunuyoruz 23 , 24. bir alt üzerinde daha fazla değerlendirme oturumları ortaya bu ne kadar dinlenme-devlet boş yöntemi daha muhafazakar ve böylece daha az eğilimli yanlış pozitif, ISFC gezi algılama küresel kalıpları arasında her iki düzenleri (bkz: benzer Takıma giren Şekil 5).
Ek Şekil 5: null veri nesil yöntemleri arasında algılama ISFC geziler. Dinlenme-devlet (sol sütun, mavi araziler) veya faz randomizasyon (sağ sütun, kırmızı araziler) null veri nesil yöntemleri, bağlantılar üzerinden çıkarılan ISFC geziler yüzdesi için. Alt araziler ilk üç kabul beyin bölgelerden kaynaklanan bağlantılarında bir iç metin vardır. Hata konular arasında standart sapmayı temsil eder. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Dinlenme-devlet satın alma süresi aslında analizleri kritik bir parametre için ilgilidir: α-değer. Yukarıda olarak, çok yumuşak bir seçim çok fazla yanlış pozitif algılanan ISFC geçişler için yol açacaktır. Kullanılabilir dinlenme-devlet veri büyük miktarda, daha sıkı ulaşılabilir yanlış pozitif oranı, eşik daha fazla aşırı değerleri null dağılımından bağlı. Bir göstergesi olarak, n = 299 atlas bölgeler gibi burada… ve bizim taksitli 5,762 dinlenme-devlet veri noktalarının göz önüne alındığında, biz en iyi bir α değeri % 0,01 yakın elde edebiliriz (bkz. Adım 5.2.6 matematiksel bilgi için).
Herhangi bir fMRI analizi ile ilgili bir diğer önemli nokta, analiz veri30,42olası hareket etme yapılardan titiz kaldırılması yer almaktadır. Bir dilek tarayıcı çekimde işaretlenmiş tanıtılan boru hattı hastalıklı nüfus sergilenmesi için uygulamak için özellikle, gerçekleştirilen istatistiksel analizlerde, covariates olarak hareket değişkenlerini içeren üstüne öneririz ek ön işleme adımları43 ya da44ICA-AROMA denoising dalgacık gibi çalıştırılması. Karşılaştırma, grup ISFC geçişler bir sağlıklı ve hastalıklı bir grup arasında karşılaştırmak için kolayca açıklanan yaklaşım paralel olarak faiz (bkz: Bolton ve ark.25 örnek bir popülasyon için tanısı her iki grup üzerinde çalıştırarak yapılabilir Otizm spektrum bozuklukları ile). Ancak, gruplar arasında bir fark sonra iki ayrı ayarlarında ortaya çıkabilir: yok (1) bir ISFC değiştirmek bir grubu veya gruptaki daha heterojen (2) bir evrim. Bu iki faktör disentangle için bir kez daha sağlıklı konu başvuru grubu olarak önyükleme adımda ayarlamak kullanarak hastalıklı grubu için boru hattı çalışması gereken. Birinci durumda bölüm ikincisi olmaz ise, eksik bir yanıt olarak, hala neden olacaktır.
Burada açıklanan ne biz üstüne, tanıtılan metodoloji da gelecekteki caddeleri umut verici yukarı açılır: analitik bir taraftan ISFC geçici haritalar beyin miktarının hangi metrikler bağlantı türetilmiş45, olabilir beyin grafikler görülebilir veya dinamik ISFC devletlerin yaklaşımlar kümeleme yoluyla elde olabilir ve kendi zamansal ve mekansal özellikleri17,46açısından değerlendirildi. Buna ek olarak, bir de daha gelişmiş bağlantı ölçüm araçları FC47,48daha usta tarafında ortaya çıkarmak için Pearson korelasyon katsayısı daha göze.
Deneysel taraftan bizim boru hattı uygulamaya paradigmalar daha genişletilmiş bir dizi gelecek vaat eden bir bakış açısı olduğunu: Örneğin, bir film yerine burada okudu gibi bir müzik49 veya bir anlatı hikaye13, bir parça kullanmak için göze 50 saat kilitli bir uyarıcı olarak. Alternatif olarak, bu bile, hyperscanning51, doğal sosyal iletişim52,53soruşturma için öngörülen.
The authors have nothing to disclose.
Bu eser kısmen her birini tarafından desteklenmiştir: İsviçre Ulusal Bilim Vakfı (grant numara 205321_163376 DVDV için), Bertarelli Vakfı (için TB ve DVDV), merkezi için Biyomedikal görüntüleme (CIBM) ve Ulusal Ajans araştırma () için tempofront hibe sayıya 04701 ALG). Yazarlar gönüllü taranmış ve Roberto Martuzzi ve Giulia Preti katkılarından dolayı video içeriği bu çalışmanın sırasıyla, MRI operatörü olarak teşekkür etmek istiyorum.
Freesurfer version 6.0 | Laboratory for Computational Neuroimaging, Martinos Center for Biomedical Imaging, Boston (MA), USA | https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki/DownloadAndInstall | A MATLAB-compatible toolbox enabling to carry out various processing, visualisation and analytical steps on functional magnetic resonance imaging data |
MATLAB_R2017a | MathWorks | https://ch.mathworks.com/downloads/ | Working version of the MATLAB computational software (version 2014a or more recent should be used) |
Statistical Parametric Mapping version 12.0 (SPM12) | Wellcome Trust Center for Neuroimaging, University College London, London, UK | https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12/ | A MATLAB-compatible toolbox enabling to perform statistical analyses on functional magnetic resonance imaging data |
Tim-Trio 3 T MRI scanner | Siemens | https://www.healthcare.siemens.ch/magnetic-resonance-imaging/for-installed-base-business-only-do-not-publish/magnetom-trio-tim | Magnetic resonance imaging scanner in which subjects have their functional brain activity recorded (at 3 T) |