1. 神经科学
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大脑和行为:关联研究中的再现性评估

  1. 雨果施奈克 是通讯作者
  1. 乌得勒支荷兰
洞察
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引用本文AS:188bet体育电竞Elife 2019;8:E46757 DOI:10.7554/188bet体育电竞埃利夫46757

摘要

把大脑结构和行为联系起来的研究需要更多的数据,更好的分析,以及更智能的方法。

正文

科学家一直渴望了解复杂的思想和行为是如何从我们大脑中错综复杂的神经元网络中产生的。例如,智力和总脑容量之间似乎有(微弱的)联系。(Pietschnig等人,二千零一十五)也在智力和锥体神经元的树突大小之间。(Goriounova等人,二千零一十八)然而,这些关系并不能提供一个真正的洞察个体在智力或其他行为上的差异是如何出现的。就像检查汽车的一个部件一样,或者称整辆车,对车辆的整体性能的了解相对较少,简单地看单个神经元,或者计算大脑的体积,不会讲一个人的整个故事。

这是因为大脑区域和结构相互作用,协同工作,创造和影响行为。诸如磁共振成像(MRI)等新技术使人们有可能开始探索特定行为特征与大脑的联系方式。特别地,大量单变量方法揭示了行为和大脑结构之间的许多新联系,它将大脑分成称为体素的小三维单元,然后使用单变量统计测试(如方差分析或t检验)绘制行为和每个体素之间的关系。(阿什本和弗里斯顿,二千Kanai和里斯二千零一十一)然而,很难复制通过这些方法得到的一些发现。(图1

把大脑结构和行为特征结合起来。

有几种方法可以检验大脑(蓝色)的结构属性如何支撑复杂的行为特征,如智力(红色)。在最低点,神经元水平,神经元的特性与处理速度之间存在一定的联系。为了研究更复杂的行为结构,大脑可以在不同的水平上进行检查。核磁共振扫描以毫米为单位提供了整个大脑神经组织的平均信息(体素;右,中)。然后,利用大量的单变量关联将这些信息与高水平的行为测量相关联。尽管这些结构大脑行为关联性比观察整个大脑体积(左下角)时获得的关联性更强,许多尚未复制(Kharabian Masouleh等人,二千零一十九)然而,多变量分析(右下)创新,在网络规模(底部)下工作的多模态分析,预计将提供最强的关联。他们可能掌握了理解大脑结构如何支撑智力等心理测量的关键。

现在,在EL188bet体育电竞IFE中,Sarah Genon和J_lich研究中心和Heinrich Heine大学杜塞尔多夫分校的同事,包括第一作者Shahrzad Kharabian_Masouleh,Simon EickhoffFelix Hoffstaedter和阿尔茨海默病神经成像倡议(ADNI)–报告对这些问题的新见解(Kharabian Masouleh等人,二千零一十九)研究小组对371名和466名受试者的两个相对较大的样本采用了普通的单变量方法,以检验与36项心理测量相关的结构脑行为(SBB)。这些分析表明,很难确定大脑结构和行为特征之间的关系,而且这些关系通常在样本之间占据不同的位置,使它们难以复制。

在SBB关联研究中,什么可以解释甚至解决这种缺乏可靠性的问题?一个问题是,诸如幸福或智力等心理变量是复杂的结构,依赖于许多不同的神经过程。因此,这种扩散测量可能产生不稳定的相关性。相反,Kharabian Masouleh等人表明年龄与大脑结构有广泛和高度可重复的联系。这可能是因为这“困难”,简单的测量方法会在不同的尺度上始终如一地影响器官,从神经元到大脑区域。

另一个问题是,大量单变量分析中使用的统计方法无法模拟大脑不同部分之间的协同作用,或者大脑可能在个体之间组织不同的行为。这一局限性的一个例证是,目前的研究未能复制相关峰,由此脑组织的小区域显示出重要的SBB相关性(也由Kanai二千零一十六)相反,多变量模式识别技术可以检测行为和大脑结构模式之间的关系,使识别随智力变化而变化的一组体素成为可能。

如今,机器学习研究使用这些多元分析。这些新的方法也可以独立地选择相关的特征,并考虑到大脑结构之间的相互作用和个体之间的异质性。此外,尝试在发现集内(通过交叉验证)和独立测试样本中(例如,德怀尔等人,二千零一十八

使用更多的数据还可以防止不可恢复性,提高可推广性。小样本容易被偶然发现,但是大数据集有助于减少噪声和采样方差,同时捕获更多的异质性。(施纳克和卡恩,二千零一十六)最后,建议是尽可能多地公开信息,例如,通过发布空结果和共享原始数据(如,例如,英国生命银行)如果不可能的话,分析结果——大脑统计图——应该公布出来,以便在荟萃分析中使用。例如。

基于体素的测量以毫米为单位工作,因此忽略了体素中存在的许多神经元的细节。另一方面,现在可以用3T核磁共振成像放大皮质层。(弗格森等人,二千零一十八)这可能是检验活体大脑的第一步,其分辨率通常只能通过尸检研究获得。

进一步的改进可能来自于对体积的测量,例如,通过开始评估不同规模的连通性(Scholtens和van den Heuvel,二千零一十八)通过光谱测量,或者两者结合。然而,更严格的创新可能仍然是必要的188bet网球:为了最终理解丰富和多方面的概念,比如智力的出现,科学家们需要设计同样复杂的方法来更聪明地分析大脑。

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文章和作者信息

作者详情

  1. 雨果施奈克

    雨果施奈克在精神科,乌得勒支乌得勒支荷兰

    用于通信
    hschnack@umcutrecht.nl
    竞争性利益
    未宣布竞争利益
    奥西德图标 “此orcid id标识本文的作者:”0000-0002-4620-3853号

出版历史

  1. 发布的记录版本:4月25日,2019(第1版)

版权

2019,施纳克

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