原理與應用詳解

原理與應用詳解演示文稿當前1頁，總共57頁。優(yōu)選原理與應用當前2頁，總共57頁。SPM版本歷史TheforthcomingversionisSPM5ThecurrentversionisSPM2PreviousversionsSPM2breleased21stNovember2002SPM99released25thJanuary2000SPM96released9thApril1997http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/當前3頁，總共57頁。線性代數(shù)統(tǒng)計理論GLM模型隨機場模型MR成像信號處理計算神經(jīng)解剖學神經(jīng)科學當前4頁，總共57頁。SPM數(shù)據(jù)分析基本流程當前5頁，總共57頁。預處理部分模型構(gòu)建與參數(shù)估計常用工具與參數(shù)設置當前6頁，總共57頁。講座提綱SPMI:PreprocessingSPMII:Single-subjectanalysesSPMIII:Groupanalyses當前7頁，總共57頁。SPMI:預處理.Slicetiming–(獲取時間校正)Realignment-(頭動校正)Normalisation-(空間標準化）Smoothing-(空間平滑)當前8頁，總共57頁。MRIvs.fMRI↑neuralactivity↑bloodoxygen↑fMRIsignalMRIfMRIoneimagehighresolution

(1mm)

lowresolution(~3mmbutcanbebetter)fMRI

BloodOxygenationLevelDependent(BOLD)signal indirectmeasureofneuralactivity

…manyimages(e.g.,every2secfor5mins)當前9頁，總共57頁。預處理–SliceTiming-SPM選擇參考slice拉齊其它slice當前10頁，總共57頁。預處理–Realign（頭動校正）?不同scan之間像素對應關系遭到破壞。?血液動力學響應被頭動引起的信號淹沒。當前11頁，總共57頁。預處理–Realign（頭動校正）剛體變換六個頭動參數(shù)估計:3個方向的平移(mm) 3個軸向的旋轉(zhuǎn)當前12頁，總共57頁。預處理–Realign-SPM將同一被試不同采樣時間點上的3D腦對齊當前13頁，總共57頁。空間標準化問題當前14頁，總共57頁。空間標準化問題個體大腦在形狀、大小等方面存在明顯差異，我們?nèi)绾芜M行不同人之間的比較呢？…使不同被試腦圖像中的同一像素代表相同的解剖位置一個標準腦空間當前15頁，總共57頁。標準腦空間-Talairach坐標系Source:BrainVoyagercourseslidesTalairach&Tournoux,1988?squishorstretchbraininto“shoebox”?extract3Dcoordinate(x,y,z)foreachactivationfocus當前16頁，總共57頁。使不同被試腦圖像中的同一像素代表相同的解剖位置粗配準–仿射變換精配準–非線性變換當前17頁，總共57頁。Why使不同被試腦圖像中的同一像素代表相同的解剖位置一個公共的標準空間How先使用簡單的線性變換進行粗配準再用復雜的非線性變換精配準Problems計算復雜度（高精度算法配準一個腦需要幾個小時）個體之間的腦并非一一映射關系不可能有完全準確的配準Solutions對空間標準化后的腦圖像進行適當?shù)钠交褂米冃螆鲂畔㈩A處理–空間標準化–小結(jié)當前18頁，總共57頁。預處理–空間標準化-SPM使不同被試腦圖像中的同一像素代表相同的解剖位置將每個個體腦放入一個公共的標準空間當前19頁，總共57頁。TemplateNormalisedImage預處理–空間標準化–結(jié)果當前20頁，總共57頁。

空間平滑的問題使殘差項更符合高斯分布假設減少標準化后剩余的個體間差異提高信噪比5-50當前21頁，總共57頁。預處理–空間平滑-SPM當前22頁，總共57頁。SPM預處理部分小結(jié).Slicetiming–(adjusttimedifferenceamongdifferentslice)Realignment-(adjustformovementbetweenslices)Normalisation-(warpfunctionaldataintotemplatespace)Smoothing-(toincreasesignaltonoiseratio)當前23頁，總共57頁。LectureOutlineSPMI:PreprocessingSPMII:Single-subjectanalysesSPMIII:Groupanalyses當前24頁，總共57頁。Single-subjectAnalyses基本過程與原理GLMPrincipleofGLMDesignMatrixSolutiontoGLMEffectofInterestandstatistics當前25頁，總共57頁。個體水平分析的基本過程與目的實驗設計個體掃描個體激活區(qū)檢測

SpatialMemoryCondition 500msec 200msec 3000msec Time 1500msec 500msec 3000msec 200msecSpatialControlCondition

1500msec

對這個被試，你感興趣的effect在那些腦區(qū)出現(xiàn)，其強度如何？當前26頁，總共57頁。Single-subjectAnalyses基本過程與原理GLMPrincipleofGLMDesignMatrixSolutiontoGLMEffectofInterest&StatisticsExample當前27頁，總共57頁。Single-subjectAnalyses基本過程與原理GLMPrincipleofGLMDesignMatrixSolutiontoGLMEffectofInterest&StatisticsExample當前28頁，總共57頁。InMatrixFormGLM的數(shù)學表示………β1:βl::…:…:::YJxJ1…xJl…xJLβLεJX

Y=觀測數(shù)據(jù)

×設計矩陣

β參數(shù)+ε

殘差x1lx1L

ε1恐懼Y1

:x11:Yj=xj1×β1+...+xjl×βl+...+xjL×βL+εj

::Y1x11…x1l

:YJ:x…:Yj=xj1…xjlJ1x1L

:xJlxjL

ε1

:xJL+εjεJYY^當前29頁，總共57頁。Single-subjectAnalyses基本過程與原理GLMPrincipleofGLMDesignMatrixSolutiontoGLMEffectofInterest&StatisticsExample當前30頁，總共57頁。TimeTimeGLM：設計矩陣XX2X1

Y=X?β+εSPMrepresentstimeasgoingdownSPMrepresentspredictorswithinthedesignmatrixasgrayscaleplots(whereblack=low,white=high)overtimeSPMincludesaconstanttotakecareoftheaverageactivationlevelthroughouteachrunXIntensityY當前31頁，總共57頁。G(刺激因素）DesignmatrixXG1H(干擾因素)H1Globalactivity:E.g.headmotionparametersHcLineartrendsGcstimulusGLM：設計矩陣X的結(jié)構(gòu)當前32頁，總共57頁。血氧系統(tǒng)對單次刺激的響應當前33頁，總共57頁。刺激序列HRF設計矩陣中的刺激因素X當前34頁，總共57頁。G(stimulating)DesignmatrixXG1H(non-interesting)H1E.g.(1)headmotionparameters (2)breathing (3)heartbeatHcLineartrends

duetoMRIscannerGlobalactivity:GcstimulusGLM：設計矩陣X的結(jié)構(gòu)當前35頁，總共57頁。為什么要考慮這些干擾因素？LinearTrendProbableRespirationArtifactheadmotion parametersEffect/Error當前36頁，總共57頁。Single-subjectAnalyses基本過程與原理GLMPrincipleofGLMDesignMatrixSolutiontoGLMEffectofInterestandstatistics當前37頁，總共57頁。0100-10+10012-0.01+0.01=+*5+…+Y=X1*β1+…+Xn*μ+e*50FittingXtoYgivesyouoneβ(parameterestimate)foreachcolumnofX,aμande.BetasprovideinformationaboutfitofregressorXtodata,Y,ineachvoxel當前38頁，總共57頁。GLM求解的幾何表示：勾股定理E用X線性組合Y^近似表達Y當前39頁，總共57頁。Single-subjectAnalyses基本過程與原理GLMPrincipleofGLMDesignMatrixSolutiontoGLMEffectofInterest&statistics多重比較Example當前40頁，總共57頁。

構(gòu)造Contrast對感興趣的解釋變量進行比較X2X1Y=X?β+ε

=β1?X1+β2?X2+β3?X3+…+βN?XN+ε

[X1X2X3…XN] [β1β2β3…βN]

T檢驗：構(gòu)造Contrast向量

F檢驗：構(gòu)造Contrast矩陣實驗設計=〉感興趣effect=〉contrast所以contrast在數(shù)據(jù)采集之前就定下了！當前41頁，總共57頁。

本質(zhì)Effects?解釋空間Xs?contrast向量[1-1]x1–x2??

Ex1–x2

(x1–x2)當前42頁，總共57頁。Single-subjectAnalyses基本過程與原理GLMPrincipleofGLMDesignMatrixSolutiontoGLMEffectofInterest&statisticsMultipleComparisons當前43頁，總共57頁。TimeY=X?β+εIntensityYPreprocessing...TheProblemofMultipleComparisons

T>ToPo=0.01當前44頁，總共57頁。200activated噪聲腦的“激活”

P=0.0120,000voxs

噪聲腦當前45頁，總共57頁。怎么辦？200activated2activated200activated 5activated當前46頁，總共57頁。200activated200activatedUncorrectedp=0.01

我在進行探 索性研究！探索性研究當前47頁，總共57頁。Bonferronicorrection 最嚴格的校正200activated2activatedonevoxelTypeIerrorp=？

numberofvoxels：N=50,000 overallcorrectdetection=(1-p)(1-p)…(1-p)=(1-p)N

overallTypeIerror=1-(1-p)N=~Np DesiredoverallTypeIerror：Np=.05 RequiredonevoxelTypeIerrorp=.05/50,000=.000001當前48頁，總共57頁。BonferroniCorrection的思想及其在fMRI數(shù)據(jù)分析中的問題Bonferroni校正的假設pvoxel=poverall/NN為獨立觀測個數(shù)相鄰體元的BOLD信號會相互獨立的嗎？頭動等噪聲對同一腦區(qū)的影響很相似BOLD信號本身就對應著一定空間范圍預處理中的平滑當前49頁，總共57頁。SPM中的多重比較校正的原理根據(jù)數(shù)據(jù)的空間相關程度計算獨立觀測個數(shù)（獨立比較的次數(shù)Nindepentent）根據(jù)整體虛警概率poverall和Nindepentent得到單個體元的pvoxel值pvoxel=poverall/Nindepentent當前50頁，總共57頁。SPM個體激活區(qū)檢測基本過程當前51頁，總共57頁。個體水平effect計算的SPM實現(xiàn)

（個體激活區(qū)檢測）模型定義DesignMatrixSpecification

數(shù)據(jù)定義參數(shù)估計

DataSpecificationParameterEstimation統(tǒng)計結(jié)果Result當前52頁，總共57頁。參數(shù)估計常用工具與 參數(shù)設置

預處理部分

First-level模型構(gòu)建與Second-level當前53頁，總共57頁。LectureOutlineSPMI:Intro,PreprocessingSPMII:Single-subjectanalysesSPMIII:Groupanalyses當前54頁，總共57頁。Howdowecompareacrosssubjects?建立不同人之間的可比性NormalizationROI多個被試的統(tǒng)計分析Fixed-effectsModelRandom-effectsModel當前55頁，總共57頁。Fixed-effectsModelAssumet