Μεθοδολογίες Εκτίμησης Δυναμικής Λειτουργικής Συνδεσιμότητας σε Δεδομένα Λειτουργικής Απεικόνισης Μαγνητικού Συντονισμού

Abstract

Πρόσφατες μελέτες που σχετίζονται με την εκτίμηση της λειτουργικής συνδεσιμότητας στη λειτουργική Απεικόνιση Μαγνητικού Συντονισμού σε κατάσταση ηρεμίας αποκάλυψαν ότι τα πρότυπα σύνδεσης παρουσιάζουν σημαντικές διακυμάνσεις (δυναμική λειτουργική συνδεσιμότητα), σε αντίθεση με προηγούμενες υποθέσεις στασιμότητας. Μια ευρέως εφαρμοζόμενη μέθοδος για την εκτίμηση της δυναμικής λειτουργικής συνδεσιμότητας είναι η μέθοδος κυλιόμενου παραθύρου. Σύμφωνα με αυτή την μέθοδο, τα δεδομένα χωρίζονται σε τμήματα ίσου μήκους (μέγεθος παραθύρου) και χρησιμοποιείται μια μετρική συσχέτισης για την αξιολόγηση της συνδεσιμότητας μέσα σε αυτά τα τμήματα, όπου το μέγεθος παραθύρου συχνά επιλέγεται εμπειρικά. Συνήθως, στα δεδομένα μέσα σε κάθε παράθυρο αποδίδονται ίσα βάρη. Ωστόσο, έχει υποστηριχθεί ότι αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να οδηγήσει σε απότομες αλλαγές στην εκτίμηση της λειτουργικής συνδεσιμότητας στην περίπτωση παρουσίας θορύβου με την μορφή ακραίων τιμών. Για την ελαχιστοποίηση της ευαισθησίας σε αυτού του είδους θόρυβο, χρησιμοποιήθηκαν στη βιβλιογραφία διάφορες συναρτήσεις παραθύρου. Στο πρώτο μέρος της παρούσας διατριβής, διερευνάται αυστηρά η εκτίμηση της δυναμικής λειτουργικής συνδεσιμότητας σε δεδομένα λειτουργικής Απεικόνισης Μαγνητικού Συντονισμού σε κατάσταση ηρεμίας, χρησιμοποιώντας την μέθοδο κυλιόμενου παραθύρου. Αρχικά, για να εξεταστούν πλήρως οι επιδράσεις της στάθμισης στη μέθοδο αυτή, η παρούσα διατριβή διενεργεί μια εξαντλητική έρευνα χρησιμοποιώντας δέκα διαφορετικές συναρτήσεις παραθύρου. Στη συνέχεια, πραγματοποιείται μια λεπτομερής σύγκριση μεταξύ διαφορετικών μετρικών συσχέτισης σε ένα ευρύ φάσμα μεγεθών παραθύρων, με σκοπό τον συστηματικό καθορισμό μιας βέλτιστης επιλογής παραμέτρων για την αξιολόγηση της δυναμικής λειτουργικής συνδεσιμότητας. Η στατιστική συμπερασματολογία επιτυγχάνεται με τη χρήση ελέγχου υποθέσεων βασισμένου σε υποκατάστατα δεδομένα, με σκοπό την κατασκευή της μηδενικής υπόθεσης της απουσίας δυναμικής λειτουργικής συνδεσιμότητας. Βάσει αυτής της ανάλυσης, επιδιώκεται ο προσδιορισμός της ευαισθησίας κάθε μετρικής και συνάρτησης παραθύρου σε σχέση με το μέγεθος παραθύρου, για τον προσδιορισμό της δυναμικής λειτουργικής συνδεσιμότητας. Στο δεύτερο μέρος της παρούσας διατριβής, χρησιμοποιείται μια άλλη μέθοδος εκτίμησης της δυναμικής λειτουργικής συνδεσιμότητας, σύμφωνα με την οποία οι χρονοσειρές απεικονίζονται στο πεδίο του χρόνου–συχνότητας. Αυτή η μέθοδος βασίζεται στον μετασχηματισμό κυματιδίων για την απόκτηση μιας μετρικής συνάφειας των εξεταζόμενων σημάτων στο χρόνο και στη συχνότητα, καθώς και την μεταξύ τους διαφορά φάσης. Ακολούθως, εκτιμώνται χαρακτηριστικές καμπύλες που υποδεικνύουν τα πιο σημαντικά μήκη κύματος στη δυναμική λειτουργική συνδεσιμότητα. Χρησιμοποιώντας τόσο οπτικές αναπαραστάσεις όσο και πλαίσιο ελέγχου υποθέσεων βασισμένο σε υποκατάστατα δεδομένα επιτυγχάνεται ευρύτερη ερμηνεία της δυναμικής λειτουργικής συνδεσιμότητας, η οποία απαιτεί μόνο την επιλογή της συνάρτησης βάσης για το μετασχηματισμό κυματιδίων, σε αντίθεση με τη μέθοδο κυλιόμενου παραθύρου που απαιτεί τον ορισμό της μετρικής λειτουργικής συνδεσιμότητας, του μεγέθους παραθύρου, της μετατόπισης παραθύρου και της συνάρτησης παραθύρου. Ως εκ τούτου, τα συμπεράσματα εξαρτώνται από λιγότερες μεθοδολογικές παραμέτρους και μπορούν να παρέχουν καλύτερη κατανόηση των προτύπων λειτουργικής συνδεσιμότητας του εγκεφάλου που βρίσκεται σε ηρεμία.