Personalized spatiotemporal hemodynamic response models for functional magnetic resonance imaging
用于功能磁共振成像的个性化时空血流动力学响应模型
基本信息
- 批准号:10585582
- 负责人:
- 金额:$ 79.42万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-09-15 至 2027-07-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AccountingAddressAffectAffectiveAgeAgingAnxietyAreaAtlasesBiophysicsBlood VesselsBody mass indexBrainBrain regionCharacteristicsClinicalClinical ResearchCodeCognitionCognitiveCommunitiesComplexComputer softwareCouplingCustomDataData SetDevelopmentDiseaseEcosystemEstimation TechniquesFunctional Magnetic Resonance ImagingFutureGaussian modelGrantHumanImageIndividualKnowledgeLeadLinkLongevityMapsMeasurableMeasuresMental DepressionMental HealthMental ProcessesMental disordersMethodsModelingMoodsMorphologic artifactsNeurosciencesPaperParticipantPatientsPersonsPhenotypePopulationPost-Traumatic Stress DisordersProcessProxyReproducibilityResearchRestSamplingSeriesShapesSignal TransductionSocioeconomic StatusStatistical ModelsStructureSubstance abuse problemSymptomsTechniquesTestingTimeVariantWorkage relatedagedbasecognitive functioncognitive neuroscienceconnectomeconnectome datadepressed patienthealthy aginghemodynamicshigh body mass indexhuman dataimaging studyindividual variationinterestlow socioeconomic statusmemory retrievalmental functionmental health related disorderneuroimagingneurovascularneurovascular couplingnext generationnovelpathological agingrelating to nervous systemresponsesecondary analysissexspatiotemporalstatisticssubstance misusesubstance usevirtual
项目摘要
Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) shows great promise in characterizing
brain circuits and networks related to human mental function and identifying
pathophysiological changes underlying mental health disorders, healthy and pathological
aging, substance misuse, and beyond. Great strides are being made in many areas, but
the vast majority of fMRI research relies on the simplifying assumption of a canonical (or
highly constrained) hemodynamic response function (HRF) that is substantially
inaccurate. The HRF varies across brain regions, individuals, and age, but estimating it
with sufficient accuracy and precision is problematic in small to medium-sized studies.
As a result, over 95% of fMRI studies use a canonical HRF of fixed form. This results in
substantial bias, power loss, and confounding. These problems apply to both task-based
and connectivity studies, which rely implicitly on the assumption of a constant HRF
across regions and individuals. In response to the “Notice of Special Interest (NOSI)
regarding the Use of Human Connectome [HCP] Data for Secondary Analysis”,
propose to use the Lifespan
aged 5-100) combined with advanced statistical modeling t
we
HCP data (n=~3,600 high-quality datasets from people
o address this issue. In Aim
1, we will contrast commonly used HRF models across the lifespan based on reliability
and ability to ‘decode’ task state and phenotypic variables (e.g., cognitive function and
mood). We develop novel methods for extracting meaningful phenotypic information
from HRF shape and population inference, and develop robust software for best-in-class
models. In Aim 2, we integrate best-in-class HRF models into a novel Gaussian process
model and use it derive a demographic-specific, spatiotemporal HRF atlas, providing
customized HRFs based on readily measurable characteristics (age, sex, and body-
mass index) and brain region. In Aim 3, we use the HRF atlas to deconvolve rs-fMRI
data and construct an HRF-corrected connectome map. We validate the HRF models,
atlas, and connectome on two independent HCP Disease Connectomes and the CAM-
CAN dataset (n=~700), and share the atlas, connectome, and software integrations with
the research community. The development of these large-sample models will provide
more accurate and precise estimates of task-related fMRI activity and connectivity in
basic and clinical studies of mental health, aging, substance use, and beyond.
功能磁共振成像 (fMRI) 在表征方面显示出巨大的前景
与人类心理功能和识别相关的大脑回路和网络
心理健康障碍、健康和病理性的病理生理变化
老龄化、药物滥用等许多领域都取得了巨大进步,但是
绝大多数功能磁共振成像研究依赖于规范(或
高度受限的)血流动力学响应函数(HRF)基本上是
HRF 因大脑区域、个体和年龄而异,但对其进行估计。
在中小型研究中,具有足够的准确性和精密度是有问题的。
因此,超过 95% 的 fMRI 研究使用固定形式的规范 HRF。
严重的偏见、权力损失和混淆这些问题都适用于基于任务的情况。
和连通性研究,隐含地依赖于恒定 HRF 的假设
响应“特别利益通知”(NOSI)。
关于使用人类连接组 [HCP] 数据进行二次分析”,
建议使用寿命
5-100岁)结合先进的统计模型
我们
HCP 数据(n=~3,600 个来自人们的高质量数据集
o 解决这个问题。
1、我们将基于可靠性来对比整个生命周期中常用的 HRF 模型
以及“解码”任务状态和表型变量的能力(例如,认知功能和
我们开发了提取有意义的表型信息的新方法。
根据 HRF 形状和总体推断,并开发强大的软件以实现一流的
在目标 2 中,我们最好将类 HRF 模型集成到新颖的高斯过程中。
模型并使用它导出特定人口的时空 HRF 图集,提供
基于易于测量的特征(年龄、性别和身体特征)定制 HRF
在目标 3 中,我们使用 HRF 图集对 rs-fMRI 进行解卷积。
数据并构建 HRF 校正的连接组图,我们验证 HRF 模型,
图集,以及两个独立的 HCP 疾病连接组和 CAM-上的连接组
CAN 数据集 (n=~700),并与以下人员共享图集、连接组和软件集成
这些大样本模型的开发将为研究界提供帮助。
更准确和精确地估计任务相关的功能磁共振成像活动和连接性
心理健康、衰老、药物滥用等方面的基础和临床研究。
项目成果
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