A comparison of statistical methods for detecting context-modulated functional connectivity in fMRI.
A comparison of statistical methods for detecting context-modulated functional connectivity in fMRI.
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DOI：
10.1016/j.neuroimage.2013.09.018
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发表时间：
2014-01-01
期刊：
影响因子：
5.7
通讯作者：
Steele JS
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cisler JM;Bush K;Steele JS
许多认知和临床神经科学研究试图确定情境因素如何调节认知过程。在功能磁共振成像中，关于上下文如何调节信息处理的分布式模式的假设通常通过比较神经区域 A 和 B 之间作为任务条件 X 和 Y 的函数的功能连接来测试，这被称为上下文调节功能连接（FC）。存在两种探索性统计方法来测试情境调制 FC：β 系列方法和心理生理相互作用 (PPI) 分析方法。虽然这些方法很常用，但它们检测上下文调制 FC 的相对能力是未知的，特别是相对于现实世界的实验参数（例如，刺激重复次数、试验间间隔、刺激持续时间等）。在这里，我们使用模拟来比较标准 PPI 公式 (sPPI)、广义 PPI 公式 (gPPI) 和 beta 系列方法之间检测上下文调制 FC 的能力。仿真结果表明，gPPI 和 beta 系列方法通常比 sPPI 更强大。 gPPI 或 beta 系列方法是否更有效取决于实验参数：区组设计有利于 gPPI，而 beta 系列方法对于具有更多试验重复的设计更有效，并且在血流动力学响应函数变异的条件下也保留了更多功效。在青春期女孩的真实数据集上，当使用区组设计时，PPI 方法似乎在检测任务调节 FC 方面具有更高的灵敏度，而当使用具有多次试验重复的事件相关设计时，β 系列方法似乎具有更高的灵敏度。讨论了这些性能结果的含义。
Many cognitive and clinical neuroscience research studies seek to determine how contextual factors modulate cognitive processes. In fMRI, hypotheses about how context modulates distributed patterns of information processing are often tested by comparing functional connectivity between neural regions A and B as a function of task condition X and Y, which is termed context-modulated functional connectivity (FC). There exist two exploratory statistical approaches to testing context-modulated FC: the beta-series method and psychophysiological interaction (PPI) analysis methods. While these approaches are commonly used, their relative power for detecting context-modulated FC is unknown, especially with respect to real-world experimental parameters (e.g., number of stimulus repetitions, inter-trial-interval, stimulus duration, etc). Here, we use simulations to compare power for detecting context-modulated FC between the standard PPI formulation (sPPI), generalized PPI formulation (gPPI), and beta series method. Simulation results demonstrate that gPPI and beta series method are generally more powerful than sPPI. Whether gPPI or beta series method performed more powerfully depended on experiment parameters: block designs favor the gPPI, whereas the beta series method was more powerful for designs with more trial repetitions and it also retained more power under conditions of hemodynamic response function variability. On a real data set of adolescent girls, the PPI methods appeared to have greater sensitivity in detecting task-modulated FC when using a block design and the beta series method appeared to have greater sensitivity when using an event-related design with many trial repetitions. Implications of these performance results are discussed.
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