血动力学反应功能的最小相性质,以及fMRI中格兰杰因果关系的含义
Leonardo Novelli1, Lionel Barnett2, Anil K Seth2,3
1School of Psychological Sciences and Monash Biomedical Imaging, Monash University, Melbourne, Victoria, Australia.
Human brain mapping
|July 10, 2025
概括
在神经成像中,格兰杰因果关系 (GC) 分析是可行的,尽管血液动力学反应函数 (HRF) 的变化. 然而,HRF的初始下降和缓慢的BOLD信号采样仍然可能导致虚假的推断.
科学领域:
- 神经成像是一种神经成像.
- 计算神经科学是一种神经科学.
- 生物物理学的生物物理.
背景情况:
- 格兰杰因果关系 (GC) 估计大脑活动时间序列的定向统计依赖.
- 功能性MRI (fMRI) 使用血氧水平依赖 (BOLD) 信号,间接测量神经活动.
- 脑区间血液动力学反应函数 (HRF) 的变化可能会扭曲GC估计.
研究的目的:
- 为了研究HRF变化的影响格兰杰因果关系 (GC) 在fMRI中的有效性.
- 确定HRF的现实生物物理模型是否满足有效GC分析所需的最低相条件.
- 确定在fMRI中GC推断可能被扭曲的条件.
主要方法:
- 对HRF的三个现实的生物物理模型进行转移函数的分析.
- 在一系列生理学上可信的参数值中评估最小相位条件.
- 评估BOLD信号采样率对GC推断的影响.
主要成果:
- 对于HRF的最小相位条件在广泛的生理学上可信的参数中得到满足.
- 违反最小相位条件发生在HRF显示初始下降时.
- 与神经时间尺度 (毫秒) 相比,缓慢的BOLD信号采样 (秒) 可以引入虚假的GC推断.
结论:
- 格兰杰因果关系分析在fMRI中通常是可行的,即使HRF具有可变性,前提是HRF是最小相.
- HRF的初始下降和缓慢的BOLD采样是考虑准确GC推断的关键限制.
- 封闭形式的HRF转移函数为fMRI时间序列建模提供了数学可处理性和生物可信性的平衡.
