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学号:
2009012877
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2013
届本科生毕业论文英文参考文献翻译
超
越大脑解读:
fMRI
数据的多体素模式分析
< br>
学院(系)
:
专业年级:
学生姓名:
指导教师:
信息工程学院
信息管理与信息系统<
/p>
09
级
夏茂庚
蔡骋
2013
年
6
月
10
日
完成日期:
中文译文
超越大脑解读:
fMRI
数据的多体素模式分析
在认知神经科学领域,
一个非常具有挑战性的问题就是如何将人们意识表示成相
应
的神经活动模式。近年来,研究者开始着手解决这个问题,通过将复杂的模式识别算法
应用于多模态的功能磁共振数据中,目标是将被试在特定时间点的大脑信息解码出来。<
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这种多变量分析方法在大脑解读研究中有很多重要的影响。更重要的是,多变量分析方
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法形成了一种非常新的有用的方法来促进我们对于神经影像数据处理的理解。
我们回顾
了研究者在神经编码、视觉以及记忆方面信息处理的研究中,是如何使
用多变量分析发
方法来处理信息的。
认知神经科学关心的最基本的问题是:不同脑区所表征的信息是什么,它们如何表
征这些
信息,不同的认知加工过程如何转换信息。功能磁共振成像在解决这个问题上,
是一种强
有力的工具,在被试做认知任务时,我们可以在几秒钟内,采集数以百万计脑
区的血流量
。
然而,
fMRI
数据的巨大数据量和
高噪声比的特点对一些研究者提出了一个
巨大的挑战,他们对挖掘与认知任务相关信息非
常感兴趣。
传统的
fMRI
数据分析方法关注于寻找认知变量和单独的大脑体素之间的关系,
这种<
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一种是富有成效的方法,然后将认知任务与体素之间的关系单独考察存在一些局限性。
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本文的目的就是要介绍一种与众不同的
fMRI
数据分析方法,
它不是关注于单个体素,
而
是将强有力的模式分类算法用于活动的多体素模式,来解码这个活动模式表示的信息。
< br>我们把这种方法叫做多体素模式分析(
MVPA
)
。
将
MVPA
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应用于
fMRI
数据分析的想法并不是最新
提出的,例如,多个研究者已经使
用
MVPA
< br>方法来表现脑区之间的功能关系。过去几年的重大发展是认识到,在某种程度
上,
可以把
fMRI
数据分析看作是一个模
式分类的问题
(例如,
我们可以把识别一种大脑
活动模式和一种认知活动相对应)
。就这样,在其他领域所有为模式识别和数据
挖掘的
发展起来的技术,
都很有效的应用于
fMRI
的数据分析。
这个想法使得一大批研究者投入
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到使用模式分类技术来分析
fMRI
数据的
队伍中来。在
fMRI
研究中的这个潮流是模式分
类算法在认知科学中应用潮流的一部分(对于
EEG
数据的应用见
[6-11]
,对松武的神经
记录数据的研究见
[12-14]
)
。
超越大脑解读:
fMRI
数据的多体素模式分析
文章的第一部分对<
/p>
MVPA
方法的主要优势进行了回顾,列举了一系列的使用
MVPA
的“读脑”技术。第二部分详细回顾了实现“读脑”的方法,
第三部分讨论了研究者在
超出“读脑”研究的例子,使用
MVP
A
方法解决大脑是如何表示以及处理信息的问题。
给定的目标是,在大脑中检测是否存在一个特定的心理表征,
MVPA
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与基于单个体
素的方法最主要的优点是增加的敏感性。
传统的
fMRI
分析方法是寻找在统计学上,
对实
验条件有显著响应的体素。为了增强对于某一特定条件的敏感性,
这些方法空间平均了
体素对这一条件响应的显著程度。虽然这种方法降低了噪声,同时也
在两个重要方面降
低了信号:第一个,对于一些响应微弱的体素,它可能会携带一些这种
刺激存在或者不
存在的信息;第二,空间平均模糊了区分实验刺激条件细致的空间模式。
跟传统方法类似,
MVPA
方法通过关注多个体素的总体贡献来是增强的其敏感度。
然而,为了避免
上述的信号丢失问题,
MVPA
方法没有使用传统的对体素响应
的空间平
均法,而是使用模式分类方法来提取多体素的响应模式信号,即使其中单个体素
没有对
任何刺激条件有显著的响应。多体素的响应模式可以被认为是一种组合的编码方式
,这
种方式拥有区别认知状态的巨大能力,因为
MVPA
方法关注的是个体内高空间分辨率的
响应模式。
Haxby
等人的一项研究说明了
MVPA
方法是如何用来区分认知状态的,实验中被试
观察人脸
、房子和各种物体(例如:椅子、鞋子、瓶子)
,得到的数据一分为二:在腹
侧颞叶大脑皮层对于每个类别响应的多体素模式特点按每一半分开。
通过将
第一部分的
模式对应于第二部分的模式(对于一个特定的被试)
,
Haxby
能够得到这样的结论:每个
类别可以对应于在
VT
皮层具有稳定的区别特性的一个活动模
式
(例如,
第一部分的
“鞋
子”
模式与第二部分
“鞋子”
模式的对应关系比与其他的对应关系更强烈)
;
文献
[17-22]
中有相似的结果,第三部分是对这个研究的进一步讨论
。
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