静息态功能磁共振成像全局信号回归的可重复性研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 朱致琛 |
| 答辩日期 | 2021-06 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院心理研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院心理研究所 |
| 其他责任者 | 严超赣 |
| 关键词 | 静息态功能磁共振成像 全局信号回归 可重复性 生理噪声 典型相 关分析 |
| 学位名称 | 理学硕士 |
| 学位专业 | 认知神经科学 |
| 其他题名 | Research on the Replicability of Global Signal Regression in Resting-state Functional Magnetic Resonance Imaging |
| 英文摘要 | 静息态功能磁共振成像（resting-state functional magnetic resonance imaging，R-fMRI）因其实验设计简单、所需时间短、无辐射、空间分辨率高等特点，近二十年来在科研和临床得到广泛应用。然而，当前的R-fMRI领域依然面临传统的噪声去除可重复性差、处理步骤不统一等问题。全局信号回归（global signal regression，GSR）是R-fMRI领域内最具争议的预处理步骤，一方面它在一定程度上能够去除噪声，另一方面它导致数据分析结果以零为中心的分布，改变了数据形态，对研究的可重复性产生影响。为了进一步探索全局信号回归对R-fMRI研究及其可重复性的影响，本研究首先采用样本量大、成像质量高、同步采集生理数据的公开数据集。随后进行统一的流水线处理和标准的统计分析方法，针对大脑的生理噪声进行刻画，检验进行GSR预处理前后的去噪效果，同时比较GSR对多种静息态数据分析结果的影响。最后基于噪声的个体差异，尝试使用典型相关分析来判定个体是否需要使用GSR。 过去的大量研究发现，R-fMRI 包含着复杂的生理噪声，包括呼吸、心跳和头动等，这是制约R-fMRI研究的信度和效度的主要因素之一，但是目前仍无对于R-fMRI 的生理噪声的精确刻画，且使用GSR 能否有效降低噪声的影响有待进一步验证。因此，研究一使用包含了同步采集生理噪声的国际公开R-fMRI数据集，使用“滑动窗”技术刻画动态的生理噪声网络，比较使用GSR 前后的生理噪声网络变化。研究结果发现，大脑存在包含呼吸、心跳和头动等广泛分布的生理噪声网络，当使用GSR 预处理后，头动对于静息态功能连接的影响显著降低，意味着GSR能够去除头动这一生理噪声。 近年来，神经科学出现可重复性危机。既往的研究提示，噪声存在可能导致R-fMRI 数据分析的结果的不一致；R-fMRI 缺乏统一的预处理流程，且GSR 为存在争议的预处理步骤，妨碍了R-fMRI针对同一研究对象的可比较性。GSR同时具有去噪效果，使得R-fMRI的可重复性更加复杂。因此，研究二采用了包含了同步采集生理噪声、两次扫描的国际公开R-fMRI数据集，在研究一结论的基础上，检验噪声的可重复性和GSR 对于R-fMRI 各类数据分析结果可重复性的影响。结果发现，静息态生理噪声是较为稳定的特征；GSR的使用降低了种子点功能连接分析和脑网络分析的可重复性；对于大脑功能指标，使用GSR 后，低频振幅（amplitude of low frequency fluctuations, ALFF）和比例低频振幅（fractional ALFF, fALFF）的可重复性影响较小，而局部一致性（regional homogeneity, ReHo）、体素镜像同伦连接（voxel-mirrored homotopic connectivity ,VMHC）和度中心度（degree centrality ,DC）的可重复性明显下降。 在R-fMRI研究中，通常对组内的每一个被试进行相同的预处理。但是在真实的数据中，有的被试生理噪声较大，数据质量受到影响，需要进行去噪；而有的被试生理噪声较小，如果同样进行去噪，可能影响后面进一步分析。因此研究三使用了典型相关分析（canonical correlation analysis，CCA），试图基于个体的生理噪声差异来衡量是否使用GSR。结果发现在判定使用GSR的被试，头动典型相关权重系数为较大负值；心跳、呼吸的典型相关权重系数数值较小。进一步提示我们GSR对于去除头动的作用。 总而言之，本研究的结果表明，大脑存在一个广泛分布的生理噪声网络；GSR能够去除一定的头动带来的噪声；GSR 降低种子点功能连接分析结果和脑网络分析结果的可重复性，可能原因是噪声是一种可重复性的成分；GSR对静息态脑活动指标ALFF和fALFF的可重复性影响较小，使用GSR会大幅降低对ReHo、VMHC和DC的可重复性；通过CCA 判断被试是否需要使用GSR，结果发现需要使用GSR 的被试的头动权重系数为负数，呼吸和心跳所占噪声的权重较小。研究指出了大脑的噪声网络和GSR 的去噪效果，明确了GSR 对可重复性的影响，为进一步研究个体化去除噪声、理解噪声的复杂机制提供了探索性的研究基础。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.psych.ac.cn/handle/311026/39601]  |
| 专题 | 心理研究所_认知与发展心理学研究室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 朱致琛. 静息态功能磁共振成像全局信号回归的可重复性研究[D]. 中国科学院心理研究所. 中国科学院心理研究所. 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：心理研究所
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