Кіріспе
Статистикалық параметрлік карталау (СПМ) – функционалдық нейросуреттеу эксперименттері барысында тіркелген ми қызметінің айырмашылықтарын зерттеуге арналған статистикалық әдіс. Оны Карл Фристон жасаған. Бұл термин, сондай-ақ, мұндай талдаулар жүргізуге арналған Лондон университетінің колледжінің Wellcome бейнелеу нейробиологиясы бөлімінде жасалған бағдарламалық қамтамасы да болуы мүмкін.
Өлшем бірлігі
Функционалдық нейросуретке түсіру – "миды сканерлеудің" бір түрі. Ол ми белсенділігін өлшеуді қамтиды. Өлшеу техникасы қолданылатын суретке түсіру технологиясына байланысты (мысалы, fMRI және ПЭТ). Сканер аймақтың "картасын" жасайды, ол воксельдер түрінде көрсетіледі. Әр воксель үш өлшемді кеңістіктегі нақты бір көлемнің белсенділігін көрсетеді. Воксельдің нақты мөлшері технологияға қарай өзгереді. fMRI воксельдері әдетте тең қабырғалы кубоид түрінде 27 мм³ көлемді құрайды.
Эксперименттік жобалау
Зерттеушілер белгілі бір психикалық процеске немесе процестерге байланысты мидың белсенділігін зерттейді. Бір тәсіл – «А тапсырмасын орындағанда мидың қай аймақтары В тапсырмасын орындағанмен салыстырғанда айтарлықтай белсендірек?» деген сұраққа жауап табу. Тапсырмалар зерттеліп отырған мінез-құлықтан басқа барлық жағынан бірдей болғанымен, ми тапсырмалар арасында белсенділіктің өзгеруін көрсетуі мүмкін, себебі ми көптеген параллель функцияларды үйлестіреді, олар тапсырмамен тікелей байланысты емес. Бұған қоса, сигналдың өзі суреттеу процесінен туындаған қате деректерді (шуды) қамтуы мүмкін. Осы кездейсоқ әсерлерді жою және зерттеліп отырған процеске байланысты белсенділік аймақтарын анықтау үшін статистика ең маңызды айырмашылықтарды іздейді. Бұл деректерді дайындау және оларды жалпы сызықтық модельді қолдану арқылы талдауды қамтитын көп кезеңді процесс болып табылады.
Суретті алдын ала өңдеу
Сканерден алынған кескіндер шуды жою немесе сынама алу қателерін түзету үшін алдын ала өңделуі мүмкін. Зерттеу кезінде әдетте бір қатысушы бірнеше рет сканерленеді. Сканерлеулер арасындағы бас қозғалысын ескере отырып, кескіндердегі воксельдер мидың бірдей аймағына сәйкес келуі үшін түзетулер жасалады. Бұл қайта бағыттау немесе қозғалыс түзету деп аталады, толық ақпарат алу үшін кескінді қайта бағыттау бөлімін қараңыз. Функционалдық нейросуреттеме зерттеулеріне әр түрлі ми пішініне ие бірнеше қатысушы тартылады. Олардың барлығы дерлік бірдей жалпы анатомиялық құрылымына ие, тек мидың жалпы көлемінде, ми қабығының гир және сулькус топографиясындағы жеке ерекшеліктерде және мидың терең құрылымдарында, мысалы, corpus callosum-да шағын айырмашылықтар болуы мүмкін. Салыстыруды жеңілдету үшін әр мидың 3D кескіні кеңістіктік нормалдау арқылы беткі құрылымдарды бір-бірімен сәйкестендіру үшін түрлендіріледі. Мұндай нормалдау әдетте стандартты үлгіге сәйкес ми бетінің аударуын, айналуын, масштабталуын және бейсызық деформациялауын қамтиды. Талайрах-Турнукс сияқты стандартты ми карталары немесе Монреаль неврологиялық институтының (MNI) үлгілері әлемдік зерттеушілерге өз нәтижелерін салыстыруға мүмкіндік береді. Кескіндерді деректердің шуын азайту үшін тегістеуге болады (кейбір кескін өңдеу бағдарламаларында қолданылатын "бұлдырлау" әсеріне ұқсас), бұл воксельдердің көрші воксельдермен орташа мәнін есептеуді қамтиды, әдетте Гаусс сүзгісі немесе толқындық түрлендіру арқылы.
Статистикалық салыстыру
Әрбір воксельде параметрлік статистикалық модельдер қолданылады, деректердің өзгергіштігін эксперименттік және араласатын факторлар тұрғысынан сипаттау үшін жалпы сызықтық модель пайдаланылады, сондай-ақ қалдық өзгергіштік ескеріледі. Модель параметрлері арқылы қойылған гипотезалар әр воксельде бір өзгермелі статистикалық әдіспен тексеріледі. Анализдер уақыт өте келе байқалатын өзгерістерді (мысалы, белгілі бір аймақтағы тапсырма айнымалысы мен ми қызметі арасындағы корреляцияны) өлшенген сигналдың нейрондық белсенділіктің жатқан өзгерістерінен қалай туындайтынын көрсететін сызықтық конволюциялық модельдерді қолдана отырып зерттеуге мүмкіндік береді. Көптеген статистикалық тесттер жүргізілгендіктен, көптеген воксельдердегі белсенділік деңгейлерін салыстыру нәтижесінде туындауы мүмкін I типтегі қателерді (жалған оң нәтижелерді) бақылау үшін түзетулер енгізу қажет. I типтегі қателік мидың фонындағы белсенділігін тапсырмамен байланысты деп жаңылыстыруға алып келуі мүмкін. Түзетулер суреттегі резелдер санына және үздіксіз кездейсоқ өрістер теориясына сүйене отырып жасалады, бұл көптеген салыстырулар мәселесін ескеретін статистикалық маңыздылықтың жаңа критерийін белгілеуге мүмкіндік береді.
Графикалық бейнелеулер
Мидың өлшенген белсенділігіндегі айырмашылықтарды әртүрлі тәсілдермен көрсетуге болады. Оларды кесте түрінде ұсынуға болады, онда тапсырмалар арасындағы белсенділіктің ең маңызды айырмашылықтарын көрсететін координаттар келтіріледі. Балама ретінде, ми белсенділігінің айырмашылықтары мидың "қимасы" бойынша түсті дақтар түрінде көрсетілуі мүмкін, мұндағы түстер шарттар арасындағы статистикалық айырмашылықтары бар вокселдердің орналасқан жерін көрсетеді. Түс градиенті t мәндері немесе z есептері сияқты статистикалық шамаларға сәйкестендіріледі. Бұл белгілі бір аймақтың салыстырмалы статистикалық күшін көрсететін түсінікті және көз тартатын картаны құрайды. Белсенділіктің айырмашылықтары "көзілдірік ми" ретінде бейнеленуі мүмкін, бұл мидың үш контурлық көрінісі, ол мөлдір болғандай. Белсендірілген аймақтар ғана көлеңкеленген жерлер ретінде көрінеді. Бұл берілген статистикалық салыстырудағы маңызды өзгерістердің жалпы аумағын қорытындылауға көмектеседі.
Бағдарламалық жасақтама
SPM – бұл Лондон университетінің колледжіндегі Велком бейнелеу нейробиологиясы бөлімі функционалдық нейробейнелеу деректерін талдауға көмектесу үшін жазған бағдарламалық қамтамасыз ету. Ол MATLAB қолданбасымен жазылған және тегін бағдарлама ретінде таратылады.