Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is a neuroimaging technique known for its ability to capture brain activity non-invasively and at fine spatial resolution (2-3mm). Cortical surface fMRI (cs-fMRI) is a recent development of fMRI that focuses on signals from tissues that have neuronal activities, as opposed to the whole brain. cs-fMRI data is plagued with non-stationary spatial correlations and long temporal dependence which, if inadequately accounted for, can hinder downstream statistical analyses. We propose a fully integrated approach that captures both spatial non-stationarity and varying ranges of temporal dependence across regions of interest. More specifically, we impose non-stationary spatial priors on the latent activation fields and model temporal dependence via fractional Gaussian errors of varying Hurst parameters, which can be studied through a wavelet transformation and its coefficients' variances at different scales. We demonstrate the performance of our proposed approach through simulations and an application to a visual working memory task cs-fMRI dataset.


翻译:功能磁共振成像(fMRI)是一种能够以高空间分辨率(2-3毫米)无创捕获大脑活动的神经影像学技术。皮层表面fMRI(cs-fMRI)是fMRI的最新进展,它聚焦于具有神经活动的组织信号(而非全脑信号)。cs-fMRI数据存在非平稳空间相关性和长程时间依赖性问题,若未充分处理,将阻碍后续统计分析。我们提出一种完全集成的方法,既能捕获空间非平稳性,又能表征感兴趣区域间不同范围的时间依赖性。具体而言,我们在潜在激活场上施加非平稳空间先验,并通过具有不同赫斯特参数的分数高斯误差来建模时间依赖性——该误差可通过小波变换及其不同尺度下的系数方差进行研究。我们通过模拟实验和视觉工作记忆任务cs-fMRI数据集的实证应用,展示了所提方法的性能。

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