前言

  • fmri的学习可以分为两大块，理论和操作
  • 学习建议：实践出真知，操作，总结，操作，再总结

理论

问题

  • 认知神经科学的常用技术，基本原理，典型方法
  • fmri测量的是什么，数据的本质是什么？
  • fmri测量的数据和其他认知神界科学方法所测量的数据相比，有和特点？
  • fmri测量的脑信号如何与人的心理活动联系起来？

教程

  • 视频教程1：霍普金斯大学，Principles of fMRI/Statistical Analysis of fMRI Data
  • <Principles of fMRI 1>中文笔记
  • 视频教程2：台湾阳明大学NBALAB卢家峰合集中关于功能性脑成像的介绍部分，以及当代认知神经科学的介绍
  • 视频教程3：ACRLab内部教学视频
  • 书籍：认识神经科学，关于心智的生物学

操作

fmri常用的分析

What can we do?

  1. 预处理(preprocess analysis)，目的是剔除异常数据，保留合格数据，提高数据的信噪比；
  2. 基于体素的全脑分析（voxel-based whole brain analysis）:
    • 个体水平(individual level)分析，目的是分析单个被试在每个实验条件上的脑活动强度指标（变异来源于单个被试内不同的时间点）；
    • 组水平(group level)分析，目的是分析所有被试在不同实验条件之间的哪些脑区的活动强度存在差异（变异来源于同一样本中不同的被试）。
  3. ROI (region of interest)分析，提取每个被试特定脑区在不同条件下的脑指标，然后在组水平上探究不同实验条件之间的ROI活动差异；
  4. 功能连接分析（functional connectivity analysis），分析两个或者多对脑区时间信号的共変性，也就是功能连接的强度在不同实验条件之间的差异，例如vmPFC-amygdala之间的连接是否在情绪调节的时候，相比被动观看时增强了？
  5. 大尺度脑网络分析，以上分析以单个的体素（个体水平和组水平的全脑分析）或多个体素组成的ROI为空间单位，这里不过是换成了更大尺度的脑网络为空间单位，分析某个或多个脑网络的信号在实验条件之间的差异。
  6. 多体素模式分析（multiple voxel pattern analysis, MVPA）
  7. 静息态指标分析
  8. 其他模态，结构像/DTI

工具的选择和安装

How can we make it?

  • fmri分析的三大工具包：SPM, AFNI, FSL。
  • 你是喜欢GUI粗暴简单，但是更费时间（SPM），还是喜欢代码复杂但是更高的效率（AFNI & FSL）？两者都需要一定的编程基础，但是后者需要的多得多。
  • SPM基于MATLAB，需要先安装MATLAB，建议安装2019a以及以上版本，太早的版本会出现各种函数缺失的报错。MATLAB安装好之后，基于Matlab的工具包基本的安装方法就是Set path（添加路径）。度娘一下即可（自己学会科学上网，学会自己debug；debug也不知道？百度一下）。
  • AFNI和FSL是基于Linux版本的软件。需要先安装ubuntu系统，然后参考官网（afni：https://afni.nimh.nih.gov/）的教程一步步进行安装。
  • 实验室内部建议统一处理流程，以及每一个流程所使用的工具包和参数。

工具教程

  1. SPM. UCL每年都有SPM的培训，今年的上周刚结束。和大家分享一下所有的资料： 所有的课程信息，包括课件，视频，推荐书的网页http://t.cn/R3ifVOI M/EEG的资料http://t.cn/R3ifVOc f/MRI的资料http://t.cn/R3ifVO5
  2. FSL. 牛津的FSL课程网站全新改版，把刚刚结束的2020在线FSL课程全部材料免费分享给大家，包括新录制的课程视频教学和实操。唯一的问题是视频都为youtube在线， https://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fslcourse/

Data

  • 私有云，Data/fMRI文件下。
  • 公开数据？

SPM

most GUI + little scripts

  • 首先需要使用Documents/fMRI/fMRI task data analysis/1. Preparation文件夹下的代码对数据进行初步整理
  • 预处理需要使用DPABI中的dparsf对数据进行预处理；教程位于Documents/fMRI/8.Resting State/视频教程目录下，也可以去严超赣老师的rfmri网站进行下载；严老师经常对自己的课程进行更新，老版本的更详细一点，新版本会有更新颖的内容；静息态数据的分析也使用DPABI中的dparsf。
  • 个体分析(靠代码)和组分析（手动操作）需要使用SPM；中文指导手册参考Documents/fMRI/fMRI task data analysis/2.1st目录下的资料，对应的代码位于Documents/fMRI/fMRI scripts文件夹下；SPM工具本身的手册参考Documents/fMRI/7.Tools/下的SPM文件夹内的内容。
  • ROI分析使用SPM的扩展包marsbar，代码位于Documents/fMRI/fMRI scripts/4. ROI analysis
  • 功能连接分析使用基于SPM的扩展包conn。教程位于Documents/fMRI/7.Tools/conn%ART文件夹，CONN_fMRI_manual_v17。此软件界面非常简单，按照manual点点点即可。

CONN

  • conn是基于SPM的功能扩展包，可以实现SPM无法实现的高级功能分析。

AFNI

most scripts + little GUI

  • AFNI的数据整理，预处理，个体分析，组分析，ROI分析和功能连接分析全部用代码完成，代码位于Documents/fMRI/fMRI scripts/AFNI目录下。
  • AFNI的中文指导手册位于Documents/fMRI/7.Tools/AFNI目录下
  • AFNI有专门的视频教程，位于Documents/fMRI/9.会议&课程/2017-12-深圳-AFNI_video目录下。

FSL

  • wow, FSL is still on vacation~~~~