Functional connections in the brain are frequently represented by weighted networks, with nodes representing locations in the brain, and edges representing the strength of connectivity between these locations. One challenge in analyzing such data is that inference at the individual edge level is not particularly biologically meaningful; interpretation is more useful at the level of so-called functional regions, or groups of nodes and connections between them; this is often called "graph-aware" inference in the neuroimaging literature. However, pooling over functional regions leads to significant loss of information and lower accuracy. Another challenge is correlation among edge weights within a subject, which makes inference based on independence assumptions unreliable. We address both these challenges with a linear mixed effects model, which accounts for functional regions and for edge dependence, while still modeling individual edge weights to avoid loss of information. The model allows for comparing two populations, such as patients and healthy controls, both at the functional regions level and at individual edge level, leading to biologically meaningful interpretations. We fit this model to a resting state fMRI data on schizophrenics and healthy controls, obtaining interpretable results consistent with the schizophrenia literature.


翻译:大脑的功能连接往往由加权网络代表,其节点代表大脑中的各个位置,边缘代表这些位置之间连接的强度。分析这些数据的一个挑战是,在个体边缘一级的推论在生物学上并不特别有意义;在所谓的功能区域或节点组以及它们之间的连接方面,解释更有用;在神经成像文献中,这通常被称为“有识”的推论。然而,在功能区域上的集合导致信息大量丢失,准确性较低。另一个挑战是一个对象的边缘重量之间的关联性,这使得基于独立假设的推论不可靠。我们用线性混合效应模型来应对这两个挑战,该模型考虑到功能区域和边缘依赖性,同时仍然为避免信息损失而模拟个体边缘重量。该模型允许比较两种人群,如在功能区域一级和个体边缘一级的病人和健康控制,从而导致具有生物意义的解释。我们把这一模型与关于精神分裂症和健康控制的国家FMRI数据相匹配,获得与精神分裂症文献相一致的可解释的结果。

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