FMRI功能连接分析学习记录

一、功能连接定义

在FMRI中功能连接是指空间上距离较远的脑区之间活动的相关性。

二、功能连接分析的目的

如果得到了A和B脑区之间的相关性，那么这种相关性又代表着什么呢？

对于这种相关性的解释共有三种：

1）二者之间有直接的因果关系,即A直接影响了B，或B直接影响A。

2）A与B直接的相关性是间接的，二者之前还有其他的脑区为媒介。

3）A与B同时受到另一个脑区的影响。

而无疑，我们更倾向于得到第一种解释，但是在得到两个脑区显著相关性的同时，我们需要十分警惕后两种可能性。

三、功能连接分析的流程

功能连接的本质是做相关，但是在脑科学领域相关的对象是脑区，而在具体的统计中FMRI相关的对象则是一张张功能磁共振图像，再具体即是一个个矩阵。

而笔者之前处理的普通的统计学的相关数据，例如人的年龄与身高的相关性，工作年限与工资的相关性，这一类如果称作是一维的数据的话，那么图像便是二维的数据——也就是二维矩阵，而FMRI中得到的原始图像则是三维图像（多了一个时间维度）。

由于数据的维度不同，所以处理起来也是繁琐了许多。

首先需要对三维的图像进行预处理，经过一系列预处理之后，得到可以用来做相关性的二维图像数据。

然后就可以正式进行功能连接的操作了。

1.首先需要确定做的功能连接的类型，本文就以基于voxel（体素）的种子点相关举例。

2.选定种子点，种子点的选定可以说是做功能连接的精髓所做，为什么要选这个种子点就是基于你的研究假设与前期的文献调研进行的。种子点可以是基于一个MNI坐标的一个小球或者立方体，也可以是一个根据脑区模板制作的mask，也可以通过手绘制作脑区mask。

3.mask制作

1）根据MNI坐标制作小球或立方体

基于matlab的Dpabi工具包中可直接输入坐标与小球半径或立方体边长。

附Dpabi工具包下载链接:DPABI: a toolbox for Data Processing & Analysis for Brain Imaging | The R-fMRI Network (rfmri.org)

2）根据脑区模板制作（如AAL）

基于matlab的wfu_pickatlas工具包可以直接选取AAl模板中的脑区进行制作mask，亲测非常方便。

附下载链接：NITRC: WFU_PickAtlas: Tool/Resource Info

3）手绘制作

在Dpabi中选择ROI（region of interest）时可选择（还没用过）

另外还有REST等软件也可以制作mask。

4）mask文件dimension的改变

通常在制作完mask后mask的文件dimension都是91*109*91，和我们原始数据的大小不相符，所以需要进一步改变其大小和原始数据相符。

这一步需要准备两个文件，并在已经装有SPM工具包的matlab中使用spm_mask(P1,P2)函数。如下：

p1='要改变的文件.nii'；P2='已有合适大小的文件.nii'；  

spm_mask(P1,P2)；

4.根据dpabi包中的一键式分析可直接进行功能连接的分析

5.若是ROI只选择了一个区域，则做的是基于此ROI的和全脑体素的相关性。得到的是一组被试的FCmap.nii文件

6.若想进一步得到此ROI和其他感兴趣脑区的功能连接，可以再次制作新的ROImask,然后在Dpabi包中的Utilities中的extract ROIsignals中提取第一个ROI与新ROI之间的相关性。