Functional Regress Models with Application in Brain Imaging Studies

功能回归模型在脑成像研究中的应用

基本信息

  • 批准号:
    8096704
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 21.04万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-07-01 至 2013-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Brain imaging and other imaging technologies have provided powerful tools for researchers in psychiatry and other medical fields. The ability to measure the density and distribution of various proteins throughout the brain using positron emission tomography (PET) and to determine regional brain function using functional magnetic resonance imaging has yielded important insights as to the physiological basis of major depressive disorder (MDD), Alzheimer's disease (AD), and other neuropsychiatric illnesses. The use of this technology has led to new under- standings of the pathophysiology of such illnesses including, for instance, patterns of differences between normal controls and subjects suffering from MDD. Group-level analysis of imaging data is typically performed using methodology such as Statistical Parametric Mapping (SPM) in which a statistical model is fit separately to each voxel of the co-registered images. A test statistic is computed for each voxel, regarding the imaging data as the "response" variable and the patient-specific information (treatment group, sex, etc.) as predictors. We propose to develop models that reverse the roles of these variables - i.e., to use images as predictors and variables such as response to treatment as outcomes. The primary objectives of this proposal are: 1. to develop methodology for fitting models with two-dimensional and three-dimensional images as predictors and for inference on the estimated model parameters following two general approaches, one based on a spline representation of images and one based on a wavelet decomposition, both involving computationally intensive algorithms for dimension reduction; 2. to validate the methodology by application to simulated data sets and in two real-data situations (one with PET images of the serotonergic system in an MDD study and one with PET images of amyloid plaques in an AD study); 3. to create and make available software for fitting such models. In addition to advances in statistical methodology, this will enable researchers to better understand which areas of the brain are most predictive of various outcomes. PUBLIC HEALTH RELEVANCE: We propose to develop statistical models in which images (in combination with appropriate clinical or biological covariates) serve as predictors of scalar outcome variables. Potential applications include using brain images as predictors of outcomes such as response to a particular treatment for depression, development of Alzheimer's disease, or making a suicide attempt. Once developed and validated, this methodology could be applied to data from any imaging modality, including structural and functional magnetic resonance imaging and diffusion tensor imaging.
描述(由申请人提供):脑成像和其他成像技术为精神病学和其他医学领域的研究人员提供了强大的工具。使用正电子发射断层扫描(PET)测量各种蛋白质在整个大脑中的密度和分布的能力,并使用功能磁共振成像确定区域脑功能,这对主要抑郁症(MDD),阿尔茨海默氏病(AD)和其他神经精神病的生理基础产生了重要的见解。该技术的使用导致了此类疾病的病理生理学的新标记,包括例如,正常控制和患有MDD的受试者之间的差异模式。 通常使用诸如统计参数映射(SPM)等方法进行成像数据的组级分析,其中统计模型分别适合共同注册的图像的每个体素。针对每个体素的测试统计量是针对成像数据作为“响应”变量和患者特异性信息(治疗组,性别等)作为预测因子的。我们建议开发模型,以扭转这些变量的作用 - 即将图像用作预测因子和变量,例如对治疗的响应作为结果。 该提案的主要目标是:1。用于开发具有二维和三维图像的拟合模型作为预测因子的方法,并推断出两种一般方法的估计模型参数,一种基于图像的样本表示和一个基于小波分解的样本表示,均基于小波的分解,均参与了计算强度的算法,以减少减排; 2。通过应用于模拟数据集和两种真实数据的验证方法(一个在MDD研究中具有血清素能系统的PET图像,一项在AD研究中具有淀粉样蛋白斑块的PET图像); 3。创建并制造用于拟合此类型号的软件。除了统计方法的进步外,这还将使研究人员能够更好地了解大脑哪些领域最能预测各种结果。 公共卫生相关性:我们建议开发统计模型,其中图像(与适当的临床或生物协变量结合使用)是标量结果变量的预测指标。潜在的应用包括使用大脑图像作为预测因素,例如对抑郁症的特定治疗方法的反应,阿尔茨海默氏病的发展或自杀尝试。一旦开发和验证,该方法可以应用于任何成像模式的数据,包括结构和功能性磁共振成像以及扩散张量成像。

项目成果

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