За да разберете по-добре мозъка, погледнете по-голямата картина

Резюме: Намаляването, за да се изобразят по-големи области на мозъка, докато се използва технологията fMRI, позволява на изследователите да уловят допълнителна подходяща информация, предлагайки по-добро разбиране на невронното взаимодействие.

източник: Йейл

Изследователите са научили много за човешкия мозък чрез функционален магнитен резонанс (fMRI), техника, която може да даде представа за мозъчната функция. Но типичните fMRI методи може да липсват ключова информация и да предоставят само част от картината, казват изследователите от Йейл.

В ново проучване те оцениха различни подходи и откриха, че намаляването и вземането на по-широко зрително поле улавя допълнителна подходяща информация, която тесният фокус пропуска, предлагайки по-добро разбиране на невронното взаимодействие.

Освен това, тези по-всеобхватни резултати могат да помогнат за справяне с проблема с възпроизводимостта на невроизобразяването, при който някои открития, представени в проучвания, не могат да бъдат възпроизведени от други изследователи.

Констатациите бяха публикувани през авг. 4 инча Сборник на Националната академия на науките.

Изследванията, използващи fMRI, обикновено се фокусират върху малки области на мозъка. Като един пример за този подход, изследователите търсят области на мозъка, които стават по-“активни”, когато се извършва определена дейност, насочвайки се към малки области с най-силно активиране. Но все повече доказателства показват, че мозъчните процеси и по-специално сложните процеси не се ограничават до малки части на мозъка.

„Мозъкът е мрежа. Това е сложно”, каза Дъстин Шейност, доцент по радиология и биомедицински изображения и старши автор на изследването. Прекомерното опростяване, каза той, води до неточни заключения.

„За по-сложните когнитивни процеси е малко вероятно много области на мозъка да не са напълно включени“, добави Стефани Нобъл, постдокторант в лабораторията на Шейност в Медицинския факултет на Йейл и водещ автор на изследването.

Фокусирането върху малки зони пропуска други региони, които могат да бъдат включени в поведението или процеса, който се изследва, което може да повлияе и на посоката на бъдещите изследвания.

„Вие развивате тази неправилна картина на това, което всъщност се случва в мозъка“, каза тя.

За целите на проучването изследователите оцениха колко добре анализите на fMRI в различни скали са в състояние да открият ефекти или промени в сигналите на fMRI, докато участниците извършват различни дейности, разкривайки кои части от мозъка са ангажирани.

Те са използвали данни от проекта Human Connectome, който събира мозъчни сканирания на хора, докато изпълняват различни задачи, свързани със сложни процеси като емоции, език и социални взаимодействия.

Изследователският екип търси ефекти в много малки части от мозъчната мрежа – като връзки между само две области – а също и в групи от връзки, широко разпространени мрежи и цели мозъци.

Те установиха, че колкото по-голям е мащабът, толкова по-добре могат да открият ефектите. Тази способност за откриване на ефекти е известна като “мощност”.

„Ние получаваме по-добра мощност с тези по-широкомащабни методи“, каза Нобъл.

В най-малките мащаби изследователите са успели да открият само около 10% от ефектите. Но на ниво мрежа те могат да открият над 80% от тях.

Компромисът за допълнителната мощност беше, че по-широките възгледи не предаваха информация, която е толкова пространствено точна, колкото тази на анализите в по-малък мащаб. Например, в най-малък мащаб, изследователите биха могли уверено да кажат, че наблюдаваните от тях ефекти се проявяват в цялата малка област.

На мрежово ниво обаче те можеха само да кажат, че ефектите се появяват в голяма част от мрежата, а не да определят точно къде в мрежата.

Целта, казва Нобъл, е да се балансират предимствата и недостатъците на различните методи.

„Бихте ли предпочели да сте много уверени в малка част от съответната информация – с други думи, да имате много ясна картина само на върха на айсберга?“ тя каза.

„Или предпочитате да имате наистина голяма картина на целия айсберг, която може би е малко замъглена, но ви дава представа за сложността и широкия пространствен мащаб на това къде се случват нещата в мозъка?“

За други изследователи този подход е лесен за прилагане и Ноубъл каза, че очаква с нетърпение да види как други учени го използват.

Освен това, тези по-всеобхватни резултати могат да помогнат за справяне с проблема с възпроизводимостта на невроизобразяването, при който някои открития, представени в проучвания, не могат да бъдат възпроизведени от други изследователи. Изображението е обществено достояние

Тя отбелязва, че областите на психологията и неврологията, включително невроизображенията, са изправени пред проблем с възпроизводимостта. И ниската мощност в fMRI анализите допринася за това: проучванията с ниска мощност разкриват само малки части от историята, които могат да се разглеждат като противоречиви, а не като части от цяло.

Увеличаването на мощността на fMRI, както тя и нейните колеги направиха тук чрез увеличаване на мащаба на техните анализи, може да бъде един от начините за справяне с предизвикателствата, свързани с възпроизводимостта, като се разкрие колко привидно противоречиви резултати могат всъщност да бъдат хармонични

„Придвижването нагоре по хранителната верига, така да се каже, преминаването от много ниско ниво до по-сложни мрежи ви купува много повече мощност“, каза Шейност. “Това е един от инструментите, които можем да използваме, за да помогнем на проблема с възпроизводимостта.”

Вижте също

Това показва възрастен мъж

И учените не трябва да изхвърлят бебето заедно с водата за баня, каза Ноубъл. Извършва се много добра работа за подобряване на методите и повишаване на точността и fMRI все още е ценен инструмент, каза тя: „Мисля, че оценяването на силата, строгостта и възпроизводимостта е здравословно за всяка област. Особено такъв, който се занимава със сложността на живите същества и умствените процеси.”

Сега Noble разработва “калкулатор на мощност” за fMRI, за да помогне на другите да проектират изследвания по начин, който постига желаното ниво на мощност.

Относно тези новини за изследване на невроизображенията

Автор: Малори Локлиър
източник: Йейл
Контакт: Малори Локлиър – Йейл
Образ: Изображението е обществено достояние

Оригинално изследване: Свободен достъп.
Подобряване на мощността при функционално магнитно резонансно изображение чрез преминаване отвъд извода на ниво клъстер” от Стефани Нобъл и др. PNAS


Резюме

Подобряване на мощността при функционално магнитно резонансно изображение чрез преминаване отвъд извода на ниво клъстер

Изводът при невроизобразяването обикновено се случва на ниво фокусни мозъчни области или вериги. И все пак, все по-често мощните проучвания рисуват много по-богата картина на широкомащабни ефекти, разпространени в мозъка, което предполага, че много фокусни доклади може да отразяват само върха на айсберга от основните ефекти.

Как фокусните спрямо широкомащабните перспективи влияят върху изводите, които правим, все още не е изчерпателно оценено с помощта на реални данни.

Тук сравняваме чувствителността и специфичността на процедурите, представляващи множество нива на извод, използвайки емпирична процедура за сравнителен анализ, която повторно взема проби базирани на задачи конектоми от набора от данни на Human Connectome Project (~1000 субекта, 7 задачи, 3 размера на групата за повторно вземане на проби, 7 инференциални процедури).

Само процедури с широк мащаб (мрежа и цял мозък) постигнаха традиционното ниво на статистическа мощност от 80% за откриване на среден ефект, отразяващ >20% повече статистическа мощност от фокалните (крайни и клъстерни) процедури. Мощността също се увеличи значително за процента на фалшиви открития – в сравнение с процедурите за контролиране на процента на грешки в семейството.

Недостатъците са доста ограничени; загубата на специфичност за широкомащабни и FDR процедури беше сравнително скромна в сравнение с печалбите в мощността. Освен това широкомащабните методи, които въвеждаме, са прости, бързи и лесни за използване, осигурявайки ясна отправна точка за изследователите.

Това също така сочи към обещанието за по-сложни широкомащабни методи не само за функционална свързаност, но и за свързани области, включително активиране, базирано на задачи.

Като цяло, тази работа демонстрира, че изместването на мащаба на извода и избора на контрол на FDR са както незабавно постижими, така и могат да помогнат за отстраняване на проблемите със статистическата мощност, които измъчват типичните проучвания в тази област.

Leave a Comment