治愈 SMA(M. Schroth,JD),伊利诺伊州埃尔克格罗夫村;阿肯色大学医科学院神经内科儿科(KA),阿肯色州儿童医院,小石城;神经内科和神经肌肉护理中心(DC),德克萨斯州登顿;哥伦比亚大学欧文医学中心神经内科和儿科(DCDV),纽约;科罗拉多大学医学院儿科(MAG),奥罗拉;耶鲁大学医学院儿科(神经内科)(CI),康涅狄格州纽黑文;芝加哥 Ann & Robert H Lurie 儿童医院儿科和神经内科(NLK),伊利诺伊州西北范伯格医学院;路易斯维尔大学诺顿儿童医疗集团神经内科(AL);密歇根大学健康中心儿科(ENK),安娜堡;英国伦敦大奥蒙德街医院信托机构 Dubowitz 神经肌肉中心 (M. Scoto) 和英国伦敦大学学院大奥蒙德街儿童健康研究所;卡罗琳斯卡医学院妇女和儿童健康系 (TS)、卡罗琳斯卡大学医院儿童神经病学系、瑞典斯德哥尔摩阿斯特丽德林格伦儿童医院和香港新界沙田香港科学园神经肌肉骨骼修复医学中心;英国牛津大学 MDUK 牛津神经肌肉中心和 NIHR 牛津生物医学研究中心 (LS)、比利时列日大学儿科和列日大学医院神经肌肉中心;俄亥俄州辛辛那提儿童医院医疗中心和辛辛那提大学医学院儿科神经病学分部 (CT);基因治疗中心 (MAW)、阿比盖尔韦克斯纳研究所、全国儿童医院、儿科和神经病学部、俄亥俄州立大学韦克斯纳医学中心、哥伦布;以及运动神经元疾病科 (JFV-C)、拉菲医院、IIS La Fe、CIBERER、西班牙瓦伦西亚大学。
a 德雷塞尔大学,生物医学工程、科学与健康系统学院,美国宾夕法尼亚州费城 b 德雷塞尔大学,艺术与科学学院,心理与脑科学系,美国宾夕法尼亚州费城 c 费城儿童医院,神经病学分部,美国宾夕法尼亚州费城 d 宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院,美国宾夕法尼亚州费城 e 塔夫茨大学,生物医学工程系,美国马萨诸塞州梅德福 f 波士顿大学神经光子学中心,美国马萨诸塞州波士顿 g 波士顿大学,工程学院,生物医学工程系,美国马萨诸塞州波士顿 h 加利福尼亚大学默塞德分校,心理科学系和认知与信息科学系,美国加利福尼亚州默塞德 i 西北大学范伯格医学院卢里儿童医院,麻醉学系,美国伊利诺伊州芝加哥 j 哈维穆德学院,工程系,美国加利福尼亚州克莱蒙特 k 帕多瓦大学,发展与社会科学系意大利帕多瓦心理学 l 佐治亚理工学院,华莱士 H. 库尔特生物医学工程系,美国佐治亚州亚特兰大 m 埃默里大学医学院,儿科系,美国佐治亚州亚特兰大 n 哈佛医学院麻省总医院,阿西诺拉 A. 马丁诺斯生物医学成像中心,美国马萨诸塞州查尔斯顿 o 伦敦大学学院,医学物理与生物工程系,DOT-HUB,英国伦敦 p 华盛顿大学医学院,放射科,美国密苏里州圣路易斯 q 中央大学,理工学院,日本东京
美国马萨诸塞州波士顿的辐射肿瘤学部,达纳 - 法伯癌研究所,杨百翰和妇女医院(A.A.,N.L。);美国马萨诸塞州波士顿的哈佛辐射肿瘤学计划(N.L.);美国佛罗里达州迈阿密迈阿密癌症研究所医学肿瘤学系(M.A.);美国马里兰州贝塞斯达国家癌症研究所病理学实验室(K.A.);美国纽约,纽约,纪念斯隆·凯特林癌症中心神经病学,人类肿瘤和发病机理计划(A.B.);美国马萨诸塞州波士顿的马萨诸塞州综合医院神经肿瘤学和医学肿瘤学部门(P.K.B.);美国明尼苏达州罗切斯特梅奥诊所辐射肿瘤学系(P.D.B.);美国科罗拉多州奥罗拉的科罗拉多州癌症中心医学肿瘤学系(R.C.);耶鲁大学医学院神经外科和辐射肿瘤学系,美国康涅狄格州纽黑文(V.C.);美国德克萨斯州休斯敦市Anderson癌症中心的黑色素瘤医学肿瘤学系(M.D.,H.T。);美国亚利桑那州凤凰城梅奥诊所神经放射科放射科(L.H.);美国马萨诸塞州波士顿的杨百翰和妇女医院放射学系(R.H.);美国明尼苏达州罗切斯特梅奥诊所放射科(T.K.);西北大学Feinberg医学院神经病学系和美国伊利诺伊州芝加哥西北大学罗伯特·H·卢里综合癌症中心的马尔纳蒂脑肿瘤研究所(P.K.);美国佛罗里达州迈阿密迈阿密癌症研究所辐射肿瘤学系(M.M.);美国加利福尼亚州洛杉矶洛杉矶医疗中心Kaiser Permanente神经病学系(K.L.);美国马萨诸塞州波士顿Dana-Farber癌症研究所医学肿瘤学系(E.L.,N.U.L.,D.R.,P.W。);马萨诸塞州马萨诸塞州马萨诸塞州马萨诸塞州马萨诸塞州马萨诸塞州肿瘤学和精神病学系(M.P.);美国弗吉尼亚州弗吉尼亚大学神经外科系(J.S.);神经科学系神经科学系Rita Levi Montalcini,意大利都灵都灵大学(R.S.);瑞士苏黎世大学医院和苏黎世大学神经病学系(M.W。)
1人类遗传学系,芝加哥大学,伊利诺伊州芝加哥大学,美国,美国2号,北卡罗来纳州达勒姆市2号,美国,美国人口医学系3,哈佛医学院,美国马萨诸塞州波士顿,美国马萨诸塞州,美国4号,美国环境卫生部4号,哈佛大学。
* 通讯作者 临床医学系,功能整合神经科学中心,奥胡斯大学,Universitetsbyen 3,8000 奥胡斯,丹麦。 dvidaurre@cfin.au.dk 摘要 能够绘制大脑活动的时空组织是进一步了解人类认知基础的重要一步。这激发了人们对时变功能连接 (FC) 方法的兴趣,该方法旨在描述整个大脑区域之间统计耦合的演变。神经影像学和电生理学中已经提出了几种方法来表征时变 FC。这些方法经常被忽视的问题是,即使对于相同的数据,它们的估计在推理运行过程中也常常不稳定;也就是说,不同的运行会产生不同的结果。但为了与行为建立有意义的关系,估计必须是稳健且可重复的。我们专注于时变 FC 的生成模型隐马尔可夫模型 (HMM),提出了两种解决此问题的方法。首先,我们考虑多次运行推理,根据衡量数据适应度和模型简单性(此处为自由能)的定量指标对运行进行排名,并选择得分最高的模型。其次,我们引入了一种新方法,称为连接主成分分析 (PCCA),该方法通过将不同的估计值重构为稳定的潜在时变 FC 模式,明确利用 HMM 推理的多变性。我们在两个独立的 fMRI 和 MEG 数据集上讨论和比较了这些方法,显示了它们在多大程度上提高了标准时变 FC 估计的稳定性。关键词:估计噪声;隐马尔可夫模型;连接主成分分析;时变 FC;可复制性;可重复性 1. 简介 大脑功能架构的一个重要方面是如何将不同区域组合成功能网络,以及这些网络如何在许多空间和时间尺度上动态组织 (Laughlin and Sejnowski, 2003)。映射这些功能关系最广泛使用的指标之一是功能连接 (FC),它是衡量大脑区域对之间统计依赖关系的指标 (Friston, 1994)。最近,对这些相互依赖关系的时间属性的探索揭示了 FC 在会话内存在有意义的波动,这两者都来自功能性磁共振成像 (fMRI;Fornito 和 Bullmore, 2010;Karapanagiotidis 等人,2020;Liégeois 等人,2019;Lurie 等人,2020;Vidaurre 等人,2021、2018、2017;Xie 等人,2018)。不幸的是,部分由于用于估计随时间变化的 FC 的分析工具种类繁多及其固有的局限性(Dafflon 等人,2022 年),跨研究比较结果并不总是那么容易。我们在这里关注的问题是估计噪声。任何推理依赖于优化过程的方法,例如隐马尔可夫模型 (HMM),即使我们使用相同的数据,在推理过程中也会发生变化。也就是说,估计可能会不稳定,具体取决于数据量和模型复杂性等因素 (Vidaurre et al., 2019)。对于更简单的方法也是如此,例如独立成分分析 (ICA;Beckmann
fMRI 的最新研究重点是放宽大脑在实验过程中处于静态的假设。许多研究表明,在单次扫描过程中,大脑是随时间变化的(或动态的)(Chang and Glover,2010;Sakoglu 等人,2010;Hutchison 等人,2013;Calhoun 等人,2014;Faghiri 等人,2018;Lurie 等人,2020)。分析大脑动态方面的一种常用方法是使用滑动窗口结合连接估计器(例如 Pearson 相关)来估计随时间变化的连接(Handwerker 等人,2012;Allen 等人,2014)。这种方法很有用并且被广泛使用,部分原因是它很简单,但它也有一些局限性。对数据进行窗口化会导致 fMRI 中的时间信息变得平滑,可能会丢失重要信息。此方法的一个较小的问题是,必须使用特定的窗口长度进行此分析,而更改此窗口长度可能会改变最终结果(Sakoglu 等人,2010 年;Shakil 等人,2016 年)。为了解决平滑问题,已经提出了几种方法,这些方法要么更即时(Shine 等人,2015 年;Omidvarnia 等人,2016 年;Faghiri 等人,2020 年),要么使用不同的滤波和时频方法来探索连通性的全频谱(Chang 和 Glover,2010 年;Yaesoubi 等人,2015 年;Faghiri 等人,2021 年)。有关时变连通性的更详细评论,请参阅(请参阅 Bolton 等人,2020 年;Iraji 等人,2020a)。许多基于连接性的方法并不直接利用数据在其原始高维空间中的动态性(即,使用数据计算滑动窗口相关性,该相关性在每个组件对之间分别计算)。这导致需要在许多独立于其他 2D 空间的二维 (2D) 空间中检查数据(其中每个 2D 空间特定于一个组件对)。最近,有人提出了新方法,尝试使用不同的方法从这些 2D 空间转到更高维度(Faskowitz 等人,2020 年;Iraji 等人,2020b 年)。除了基于连接性的方法外,还有其他方法旨在直接从活动域信息中提取动态性。例如,隐马尔可夫模型已用于从 fMRI 中的活动数据中估计几个隐藏状态(Karahano˘glu 和 Van De Ville,2017 年;Vidaurre 等人,2018 年)。其他方法要么直接将活动信息纳入管道(Fu 等人,2021 年),要么专注于基于活动(如功率)计算的指标(Chen 等人,2018 年)。此外,还有一系列基于大脑不同部分之间共同激活的方法,它们也直接将活动信息纳入分析管道(Liu 和 Duyn,2013 年;Karahanoglu 和 Van De Ville,2015 年)。在过去十年中,许多研究使用静息状态(Damaraju 等人,2014 年;Guo 等人,2014 年;Faghiri 等人,2021 年)和任务 fMRI(Boksman 等人,2005 年;Ebisch 等人,2014 年)比较了精神分裂症患者的大脑与健康对照者的大脑。最近,人们更加重视探索大脑动态方面的方法(Damaraju 等人,2014 年;Kottaram 等人,2019 年;Giufford 等人,2020 年;Faghiri 等人,2021 年)。使用动态方法,一些研究报告称个体的活力较低
18医学遗传学,意大利锡耶纳大学,锡耶纳大学医院19医学遗传学,锡耶纳大学,意大利锡耶纳大学20 Med Biotech Hub和能力中心,医学生物技术系,锡耶纳大学,锡耶纳大学,意大利锡耶纳大学,意大利21分子与发展学系, 53100,意大利锡耶纳
瑞士苏黎世大学和苏黎世大学临床神经科学中心医院神经外科系 (ELR);瑞士苏黎世大学和苏黎世大学临床神经科学中心医院神经内科系 (ELR、PR、MW);法国里尔大学 (ELR、PD);法国里尔 CHU 神经外科系神经肿瘤学系 (ELR);法国里尔 Oscar Lambret 中心肿瘤医学系神经内科系 (ELR);法国里尔 CHU 里尔 (PD);瑞士苏黎世大学医院苏黎世大学临床神经科学中心神经放射学系 (SW);比利时布鲁塞尔 EORTC 总部 (HL);荷兰阿姆斯特丹 Antoni van Leeuwenhoek 癌症研究所神经肿瘤学系 (DB、A.Co.);美国伊利诺伊州芝加哥西北大学 Robert H Lurie 综合癌症中心 Malnati 脑肿瘤研究所 (PK);意大利米兰圣拉斐尔生命健康大学和 IRCCS 圣拉斐尔医院神经放射学系(A.Ca.);法国维尔瑞夫古斯塔夫鲁西大学医院放射肿瘤学系(FD);意大利博洛尼亚 IRCCS 博洛尼亚神经科学研究所神经系统医学肿瘤学系(EF);美国坦帕莫菲特癌症中心和南佛罗里达大学神经肿瘤学系(PF);奥地利维也纳医科大学生物医学成像和图像引导治疗系(JF);科隆大学医学院和科隆大学医院神经内科系;于利希研究中心神经科学和医学研究所(INM-3);德国科隆大学亚琛、波恩、科隆和杜塞尔多夫综合肿瘤学中心(CIO)(NG);纳瓦拉健康研究所 (IdiSNA),西班牙纳瓦拉潘普洛纳 (JGP-L.);西班牙纳瓦拉潘普洛纳应用医学研究基金会实体肿瘤项目 (JGP-L.);西班牙纳瓦拉潘普洛纳纳瓦拉大学神经内科系 (JGP-L.);慕尼黑工业大学医学院,伊萨尔右翼医院,神经外科系 (JG);德国法兰克福大学医院神经放射学研究所 (EH);德国图宾根埃伯哈德卡尔斯大学神经放射学系 (JMH);丹麦奥胡斯大学临床医学系 (SL);丹麦奥胡斯大学医院肿瘤科 (SL);锡耶纳大学医学、外科和神经科学系放射肿瘤科;意大利波齐利 (IS) IRCCS Neuromed (GM);美国德克萨斯州休斯顿德克萨斯大学 MD 安德森癌症中心癌症医学部神经肿瘤学系 (BOB);荷兰阿姆斯特丹自由大学阿姆斯特丹 UMC 神经内科系 (TJP);都灵健康科学城和大学神经肿瘤学系,意大利都灵 (RR);德国波恩大学医院神经内科临床神经肿瘤学分部 (NS);德国雷根斯堡大学医学中心神经外科系 (NOS);荷兰乌得勒支大学医学中心乌得勒支脑中心神经内科系 (TJS);英国伦敦伦敦大学学院医院 NHS 基金会国家神经病学和神经外科医院 Lysholm 神经放射学系 (ST);英国伦敦伦敦大学学院神经病学研究所脑康复与修复系 (ST);荷兰鹿特丹鹿特丹大学医学中心伊拉斯姆斯 MC 癌症研究所脑肿瘤中心 (MvdB, MS);荷兰格罗宁根大学医学中心放射科医学影像中心 (AvdH); IMoPA Ingénierie Moléculaire et Physiopathologie Articulaire UMR7365 CNRS-UL,Vandoeuvre les Nancy,法国 (GV);弗朗索瓦巴克莱斯中心,阿尔泽特河畔埃施,卢森堡 (GV);放射学和核医学系,伊拉斯姆斯MC-鹿特丹大学医学中心,鹿特丹,荷兰(MS);路德维希马克西米利安大学神经外科系
陈公共卫生学院,马萨诸塞州波士顿; 40成人骨髓移植服务,医学系,纽约纽约纪念斯隆·凯特林癌症中心; 41白血病系,加利福尼亚州杜阿尔特市霍普国家医学中心血液学与造血细胞移植系;阿联酋阿布扎比的谢赫·沙克布特医疗城医学院42医学系; 43 Mayo Clinic Cancer Center,Mayo Clinic,Rochester,明尼苏达州; 44阿布扎比哈利法大学医学与健康科学学院; 45 Dana Farber波士顿儿童的癌症和血液疾病中心,马萨诸塞州波士顿; 46北卡罗来纳州教堂山北卡罗来纳大学教堂山北卡罗来纳大学血液学系; 47儿科血液学,肿瘤学,血液和骨髓移植,俄亥俄州哥伦布市全国儿童医院; 48纽约州布法罗市罗斯威尔公园综合癌症中心癌症预防与控制部
1 美国宾夕法尼亚州费城宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院费城儿童医院儿科肿瘤科;2 美国伊利诺伊州芝加哥安与罗伯特 H. 卢里儿童医院;3 澳大利亚新南威尔士州兰德威克悉尼儿童医院儿童癌症中心;4 澳大利亚新南威尔士州悉尼新南威尔士大学洛伊癌症研究中心儿童癌症研究所;5 澳大利亚新南威尔士州悉尼新南威尔士大学临床医学院;6 美国华盛顿特区儿童国家医院;7 丹麦哥本哈根哥本哈根大学医院 - Rigshospitalet 儿科和青少年医学部;8 荷兰乌得勒支马克西玛公主儿科肿瘤中心;9 澳大利亚昆士兰州南布里斯班昆士兰儿童健康医院和卫生服务中心; 10 瑞士苏黎世大学儿童医院肿瘤科;11 美国纽约州纽约市纽约大学朗格尼医学中心;13 澳大利亚维多利亚州墨尔本皇家儿童医院儿童癌症中心;14 澳大利亚南澳大利亚阿德莱德妇女儿童医院迈克尔赖斯血液学和肿瘤学中心;15 澳大利亚阿德莱德南澳大利亚健康与医学研究所;澳大利亚南澳大利亚阿德莱德大学南澳大利亚免疫基因组学癌症研究所;16 美国华盛顿州西雅图西雅图儿童医院癌症和血液病中心;17 德国柏林夏里特大学医学院,柏林自由大学和柏林洪堡大学的企业成员,德国柏林儿童和青少年 LGG HIT-LOGGIC 注册中心; 18 英国泰恩河畔纽卡斯尔大北儿童医院和纽卡斯尔大学癌症中心;19 加拿大魁北克省蒙特利尔大学圣贾斯汀医院儿童神经病学部神经科学系;20 澳大利亚新南威尔士州韦斯特米德悉尼儿童医院网络;21 德国海德堡霍普儿童癌症中心 (KiTZ);22 德国海德堡德国癌症研究中心 (DKFZ) 儿科肿瘤科临床合作部;23 德国海德堡海德堡大学医院儿科肿瘤学、血液学、免疫学和肺病学系;24 德国海德堡德国癌症联盟 (DKTK);25 德国海德堡国家肿瘤疾病中心 (NCT); 26 美国德克萨斯州休斯顿贝勒医学院德克萨斯儿童癌症中心、德克萨斯儿童医院;27 韩国首尔国立大学医学院儿科、首尔国立大学癌症研究所、首尔国立大学儿童医院;28 韩国首尔延世大学卫生系统 Severance 医院韩国;29 英国伦敦大学学院大奥蒙德街儿童健康研究所和大奥蒙德街儿童医院;30 美国密歇根州安娜堡密歇根大学医学院 C.S. 莫特儿童医院;31 以色列拉马特甘舍巴医疗中心儿科血液肿瘤科;32 以色列特拉维夫特拉维夫大学医学院佩塔提克瓦施耐德儿童医疗中心儿科肿瘤科;33 美国密苏里州圣路易斯华盛顿大学圣路易斯医学院圣路易斯儿童医院血液学和肿瘤学分部;34 加拿大魁北克省蒙特利尔蒙特利尔儿童医院 (MCH) 麦吉尔大学健康中心 (MUHC); 35 澳大利亚珀斯儿童医院儿科和青少年肿瘤学和血液学系,以及西澳大利亚大学 Telethon Kids 研究所 Telethon Kids 癌症中心脑肿瘤研究项目,澳大利亚西澳大利亚州珀斯;36 美国犹他州盐湖城初级儿童医院和犹他大学;37 美国马萨诸塞州波士顿丹娜—法伯/波士顿儿童癌症和血液病中心儿科系儿科神经肿瘤学;38 以色列海法 Rambam 医疗园区血液学和肿瘤学系;39 新加坡 KK 妇女儿童医院儿科血液学/肿瘤学服务系;40 美国加利福尼亚州旧金山加利福尼亚大学神经内科、神经外科和儿科系;41 美国加利福尼亚州布里斯班 Day One Biopharmaceuticals; 42 杜克大学,北卡罗来纳州达勒姆,美国加利福尼亚大学神经外科和儿科系,美国加利福尼亚州旧金山市;41 Day One Biopharmaceuticals,美国加利福尼亚州布里斯班市;42 杜克大学,美国北卡罗来纳州达勒姆市加利福尼亚大学神经外科和儿科系,美国加利福尼亚州旧金山市;41 Day One Biopharmaceuticals,美国加利福尼亚州布里斯班市;42 杜克大学,美国北卡罗来纳州达勒姆市
