There has been increasing interest in the potential of multi-modal imaging to obtain more robust estimates of Functional Connectivity (FC) in high-dimensional settings. We develop novel algorithms adapting graphical methods incorporating diffusion tensor imaging (DTI) and statistically rigorous control to FC estimation with computational efficiency and scalability. Our proposed algorithm leverages a graphical random walk on DTI data to define a new measure of structural influence that highlights connected components of interest. We then test for minimum subnetwork size and find the subnetwork topology using permutation testing before the discovered components are tested for significance. Extensive simulations demonstrate that our method has comparable power to other currently used methods, with the advantage of greater speed, equal or more robustness, and simple implementation. To verify our approach, we analyze task-based fMRI data obtained from the Human Connectome Project database, which reveal novel insights into brain interactions during performance of a motor task. We expect that the transparency and flexibility of our approach will prove valuable as further understanding of the structure-function relationship informs the future of network estimation. Scalability will also only become more important as neurological data become more granular and grow in dimension.


翻译:人们对多模式成像的潜力越来越感兴趣,以获得对高维环境中功能连接性(FC)的更可靠的估计。我们开发了新型算法,以调整图形方法,将扩散高光成像(DTI)和统计上的严格控制结合到计算效率和可缩放性对FC的估计。我们提议的算法利用对DTI数据的图形随机行走,以界定新的结构影响计量,突出相关内容。我们随后测试了最小子网络规模,并在测试所发现部件之前,通过调整测试发现子网络表层。广泛的模拟表明,我们的方法与其他目前使用的方法具有相似的功率,其优点是更迅速、平等或更稳健和简单的实施。为了核实我们的方法,我们分析了从人类连接项目数据库中获取的任务基础FMRI数据,这些数据揭示了在完成一项运动任务时对大脑互动的新洞察力。我们期望我们的方法的透明度和灵活性将证明是有价值的,因为进一步理解结构功能关系将告知网络估计的未来。适应性将更加重要,因为神经数据变得更为颗粒和增长。

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