Фото: Pixabay/CC0 Public Domain
Институт детского разума опубликовал статью с подробным описанием своего новаторского исследования в журнале Nature Human Behaviour под названием «Moving Beyond». Изменения функциональных изображений мозга в состоянии покоя, связанные с обработкой и анализом.»
Исследование выявляет существенные проблемы в воспроизводимости и стандартизации функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), используемой для понимания функций и поведения мозга, и предлагает конкретные решения для продвижения этой области к результатам, которые будут иметь влияние на реальный мир.
Вместе с разнообразной командой международных сотрудников исследованием руководили Майкл П. Милхэм, доктор медицины, доктор философии, главный научный сотрудник Института детского разума, и Грегори Киар, доктор философии, научный сотрудник и директор Центра анализа данных, инноваций и строгости в Институте детского разума.
В статье критически оцениваются конвейеры предварительной обработки в анализе данных фМРТ, широко используемые программные инструменты, которые расширили участие в области исследований фМРТ за счет автоматизации основных аналитических задач.
Исследование выявило лишь умеренное соответствие между пятью популярными конвейерами — конвейер когнитивного развития мозга подростков фМРТ (ABCD-BIDS); вычислительная система коннектомов (CCS); настраиваемый конвейер для анализа коннектомов по умолчанию (C-PAC:Default), разработанный Институтом детского разума; помощник по обработке данных для фМРТ в состоянии покоя (DPARSF); и версия fMRIPrep для долгосрочной поддержки (fMRIPrep-LTS) — при предоставлении идентичных данных.
Эта изменчивость существенно влияет на надежность результатов в исследованиях ассоциаций в масштабах всего мозга, которые необходимы для понимания индивидуальных различий в функциях и поведении мозга. Это особенно тревожно, поскольку исследователи часто предполагают, что эти конвейеры взаимозаменяемы.
«Критическим моментом является то, что мы обнаружили, что то, что мы узнаем о мозге, может существенно меняться в зависимости от того, какой конвейер мы выбираем», — говорит доктор Киар. «Самым острым открытием стало то, что низкое согласие между конвейерами также ставит под угрозу выводы, которые мы делаем с помощью этих предварительно обработанных данных. Если мы хотим, чтобы наша работа транслировалась в понимание и заботу в реальном мире, мы должны признать это и принять меры».
Основные выводы:
- Умеренное согласие между конвейерами: исследование показало, что различные конвейеры предварительной обработки дают разные результаты, даже если используются одни и те же данные. Это существенная проблема в достижении воспроизводимости в исследованиях фМРТ.
- Влияние на научные идеи: Различия в этапах предварительной обработки могут привести к непоследовательным результатам при определении связей между мозгом и поведением. Эта непоследовательность особенно тревожна, поскольку сообщество нейронауки стремится перевести эти результаты в клинические приложения.
- Различия в качестве данных и конвейере:Аналитические различия более очевидны при использовании высококачественных данных. Трубопроводы станут следующим препятствием на пути к получению результатов, которые можно будет воспроизводить в разных исследованиях по мере оптимизации сбора данных.
- Рекомендации по стандартизации: в этой области необходимо принять стандартизированные методы и прозрачные практики отчетности. Это подразумевает детализацию всех этапов обработки данных, включая версии программного обеспечения и конкретные используемые параметры.
«Это исследование подчеркивает важность надежности и стандартизации в обработке данных», — сказал доктор Милхэм.
«Воспроизводимость имеет решающее значение для научного прогресса, и ее было чертовски трудно достичь в визуализации мозга. Это исследование представляет собой огромное количество времени и усилий, чтобы выявить общие угрозы воспроизводимости и воспроизвести общие инструменты, используемые в этой области. Это снизит барьер для всех и подтолкнет нас к следующему шагу».
Доктор Милхэм, доктор Киар и их команда предполагают, что улучшение межконвейерного соглашения (IPA) посредством стандартизации и четкой методологической отчетности имеет решающее значение для прогресса в этой области.
Они выступают за документирование всех решений, настроек и версий, связанных с конвейером, в каждой публикации, а также за использование альтернативных конвейеров в анализах для определения того, влияет ли изменчивость между конвейерами на результаты исследований. Конфигурируемый конвейер C-PAC Института детского разума позволяет сравнивать несколько конвейеров в одном пакете и может использоваться для этой цели.
Создание надежного консенсуса и принятие упреждающих мер сейчас на этом «следующем рубеже» в кризисе воспроизводимости для области фМРТ позволит исследователям лучше подготовиться к использованию возможностей улучшенного качества данных и вступить в эру надежных и непрерывных идей о мозге и поведении человека.
Дополнительная информация: Синьхуэй Ли и др., Выход за рамки вариаций, связанных с обработкой и анализом, в функциональной визуализации мозга в состоянии покоя, Nature Human Behaviour (2024). DOI: 10.1038/s41562-024-01942-4
Информация журнала: Природа и человеческое поведение Предоставлено Институтом детского разума
