fMRI實驗設計

聲明：來源于https://blog.csdn.net/clancy_wu/article/details/93870483

fMRI主要用于研究腦的功能。

全稱：functional magnetic resonance imaging

原理：基于神經元功能活動對局部氧耗量和腦血流影響程度不比對所導緻的局部磁場性質變化的原理。

總結，就是rest狀态下，局部氧耗量（含氧血紅蛋白變成脫氧血紅蛋白的過程）與腦血流作為磁場信号基線，當task狀态下，兩者信号差變大，就形成了fMRI，而內插補點變大的原因就是腦神經元耗氧量明顯增加，但局部血流量稍有增加。

簡而言之，fMRI研究局部神經元活動，就是研究局部腦組織的功能。

實驗設計：

總體思路是：控制刺激呈現的時間和特征來影響腦的認知加工的過程。

實驗設計時，控制改變以下變量：

（1）刺激的特性（作為針刺來說，就是腧穴的選擇、手法的選擇）

（2）刺激量（刺激的時間，進而影響積累量）

（3）任務态的任務（靜息态無此項）

（4）實驗變量對比（同一實驗不同變量或者其他）

實驗設計時，實驗流程整體分為三種：組塊設計，事件相關設計，混合設計。

組塊設計（block designs）：将相同條件的幾個行為實驗安排在一起。

形式：靜息-任務-靜息-任務… 其中任務包含多個行為。

事件相關設計（event-related designs）：将行為實驗分開，分别刺激，研究每個行為實驗的影響。

形式：任務1-間隔-任務2-間隔-任務3-間隔… 其中每個行為實驗在相同的條件下進行，且間隔嚴格相同。

混合設計（mixed disigns）：結合上述2種方案，能分離出認知過程中持續和短暫的processing

一句話了解（非科普）：block designs 類似于成組的設計，event-related designs類似于單變量設計。

介紹各自的優缺點：

BD：優點：因為有多個刺激，是以統計力強

**************資料分析簡單，可以用T-test，相關分析，聚類分析等等

******缺點：隻能檢驗組間誤差，組内誤差無法檢驗

**************被試有期待效應

**************不能觀察單個刺激的反應

******用途：臨床用于檢測功能區的激活

ERD：優點：檢測靈敏

****************能檢驗單個刺激的反應

****************可以對被試反應進行分析

****************減少被試的期待效應

********缺點：分析複雜、信噪比低、統計力弱

MD： 優點：優點很多

*******缺點：資料處理複雜，分析複雜

傳統fMRI試驗過程與基于模型的fMRI試驗對比：

1.傳統的fMRI試驗過程包括組塊設計、事件相關設計、混合設計，而基于模型的fMRI方法更多需要借用事件

相關和基于試驗(trial)的方法來設計實驗過程[1].

2.傳統的fMRI實驗将刺激任務設定為事件相關、組塊設計和混合實驗設計，要解決的問題是某個特定的實驗條件引起血氧水準依賴(blood oxygen level dependent,BLOD) 信号反應時激活腦區的位置。 而基于模型的fMRI方法所要探知的是參與某個特定認知過程被激活的一個特定腦區或一組腦區，以及在這些腦區間是如何協作完成活動的，實作了大腦從功能定位到資訊流向的轉變，它揭示的是大腦内部感興趣變量與神經影像資料之間的關聯[2]。

另外的一些基本知識：matrix 矩陣,voxel 體素，pixel 像素

注意：腦電圖是二維的，fMRI是三維的，為什麼是三維的呢？

是因為fMRI是切割了每一層，每一層是二維，最後把每一層在空間上拼合，就變成了三維。拼成的三維就是矩陣的排列，體素是每一個小個體。

另外要注意如果單個被試的旋轉超過0.5度，或者平移超過半個體素，就要放棄該資料。

參考：

［1］ＨｕｅｔｔｅｌＳＡ．Ｅｖｅｎｔ⁃ｒｅｌａｔｅｄｆＭＲＩｉｎｃｏｇｎｉｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｎｅｕｒｏｉｍａｇｅ，２０１２，６２（２）：１１５２－１１５６．

[2]  Ｏ’Ｄｏｈｅｒｔｙ ＪＰ， Ｈａｍｐｔｏｎ Ａ， Ｋｉｍ Ｈ． Ｍｏｄｅｌ⁃Ｂａｓｅｄ Ｆｍｒｉ Ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｔｏ Ｒｅｗａｒｄ Ｌｅａｒｎｉｎｇ Ａｎｄ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｍａｋｉｎｇ ［ Ｊ ］．Ａｎｎａｌｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， ２００７，１１０４（１）：３５ － ５３．