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fMRI分析被爆重大缺陷 脑科学麻烦了

2016-07-16 10:40
天堂的苦涩
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  瑞典科学家下载了大量脑科学的功能性磁共振成像数据进行分析后发现:fMRI软件在判断脑活动时会出现极高概率的假阳性。

  毫不夸张地说,功能性磁共振成像(fMRI)给神经科学领域带来了翻天覆地的变化。当不同脑区的活跃程度发生变化,血流量也会相应改变,神经科学家用核磁共振仪搜集各个脑区血流量变化情况。利用这个技术他们可以非侵入性地找出负责处理不同任务(比如玩经济学博弈游戏,或是阅读文字)的脑区。

  不过这种研究方法和使用者都受到了不少批评。有人担心,这个技术夸大了我们阅读人类心智的能力。有一些人则指出,对于 fMRI 数据的不当分析可能会产生误导的结论,比如一项研究关于死亡鲑鱼的研究。

  虽然上述问题常由拙劣的统计方法造成,但是一项发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的研究(Eklund, Anders, Thomas E. Nichols, and Hans Knutsson. “Cluster failure: Why fMRI inferences for spatial extent have inflated false-positive rates.”Proceedings of the National Academy of Sciences(2016): 201602413. 论文基本信息见文章末尾)指出,问题要严重得多。fMRI 分析中涉及到的一些基本算法会产生假阳性“信号”,并且频率高到令人担忧。

  fMRI 背后的原理很简单:神经活动需要消耗能量,消耗掉的能量需要补充。这意味着新近活跃的脑区的血流量会增加。高分辨率的 MRI 可以得到这种血流量数据,研究人员借此识别执行某项任务时被激活的脑结构。

  然而,这种理论在实际中的应用相当复杂。成像过程将大脑分割成被称为体素的细小三维单位,然后分别记录在每个体素中的活跃度。

  由于体素非常之小,软件必须对整体进行检查,找寻“聚群”(clustering)——一群行为相似的相邻体素。死鲑鱼研究的显着性结果是因为该软件默认配置成无法处理目前 MRI 仪扫描输出的巨量体素值。也就是说即使在 95% 的置信水平上,假阳性也不可避免。

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