Functional MRI (fMRI) data may be contaminated by artifacts arising from a myriad of sources, including subject head motion, respiration, heartbeat, scanner drift, and thermal noise. These artifacts cause deviations from common distributional assumptions, introduce spatial and temporal outliers, and reduce the signal-to-noise ratio of the data--all of which can have negative consequences for the accuracy and power of downstream statistical analysis. Scrubbing is a technique for excluding fMRI volumes thought to be contaminated by artifacts and generally comes in two flavors. Motion scrubbing based on subject head motion-derived measures is popular but suffers from a number of drawbacks, among them the need to choose a threshold, a lack of generalizability to multi-band acquisitions, and high rates of censoring of individual volumes and entire subjects. Alternatively, data-driven scrubbing methods (e.g., DVARS) are based on observed noise in the processed fMRI timeseries and may avoid some of these issues. Here we use "projection scrubbing", a novel data-driven scrubbing method based on a statistical outlier detection framework and strategic dimension reduction, including independent component analysis (ICA), to isolate artifactual variation. We undertake a comprehensive comparison of motion scrubbing with data-driven projection scrubbing and DVARS. We find that ICA-based projection scrubbing yields more substantial improvements to functional connectivity validity and reliability than motion scrubbing, while excluding a fraction of the number of volumes or entire sessions. We find that while data-driven scrubbing more generally outperforms motion scrubbing, ICA projection scrubbing tends to be more beneficial than DVARS or other projections, illustrating the advantages of this data-driven, statistically principled approach for identifying contaminated volumes in fMRI.


翻译:功能MRI (fMRI) 数据可能受到来自多种来源,包括主题头运动、呼吸、心跳、扫描漂移和热噪声在内的各种来源的人工制品的污染。这些人工制品造成与共同分布假设的偏差,引入空间和时间外向值,并降低所有数据的信号-噪音比率,这可能对下游统计分析的准确性和力量产生负面后果。擦拭是一种将FMRI数量视为受工艺品污染并一般分为两种味道的技术。基于主题头运动衍生措施的洗涤运动很受欢迎,但受到一些退步的影响。这些人工制品导致偏离了共同分布假设,引入了空间和时间外出,并降低了对单个数量和整个主题的信号-噪音比对数据-所有数据-所有数据-所有数据的审查率。 或者,数据驱动的洗涤方法(例如,DVARRS) 是基于在经过加工的FMRI D时间序列中观察到的噪音,并可能避免这些问题的一些问题。我们在这里使用“清洁性洗涤” 一种由新的数据驱动的彻底洗涤方法, 以统计外的I- 以统计外部的I-清洁方法为基础,而以统计外演化的精化的精化方向进行数据- 以及战略- 方向分析,同时进行着一种我们进行基础- CRAALILILILVIA 的递化的数据- dal 的动力流流数据流流流数据- 进行着的递减。

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