Many experimental paradigms in neuroscience involve driving the nervous system with periodic sensory stimuli. Neural signals recorded with a variety of techniques will then include phase-locked oscillations at the stimulation frequency. The analysis of such data often involves standard univariate statistics such as T-tests, conducted on the Fourier amplitude components (ignoring phase). However, the assumptions of these tests will often be violated because amplitudes are not normally distributed, and furthermore weak signals might be missed if the phase information is discarded. An alternative approach is to conduct multivariate statistical tests using the real and imaginary Fourier components. Here the performance of two multivariate extensions of the T-test are compared: Hotelling's $T^2$ and a variant called $T^2_{circ}$. A novel test of the assumptions of $T^2_{circ}$ is developed, based on the condition index of the data (the square root of the ratio of eigenvalues of a bounding ellipse), and a heuristic for excluding outliers using the Mahalanobis distance is proposed. The $T^2_{circ}$ statistic is then extended to multi-level designs, resulting in a new statistical test termed $ANOVA^2_{circ}$. This has identical assumptions to $T^2_{circ}$, and is shown to be more sensitive than MANOVA when these assumptions are met. The use of these tests is demonstrated for two publicly available empirical data sets, and practical guidance is suggested for choosing which test to run. Implementations of these novel tools are provided as an R package, in the hope that their wider adoption will improve the sensitivity of statistical inferences involving periodic data.


翻译:神经科学中的许多实验模式涉及以定期感官刺激驱动神经系统。 以各种技术记录的神经信号将包含刺激频率的相干振动。 对这些数据的分析通常涉及在Freier振幅组件( 示光阶段) 上进行的T测试等标准单词统计 。 然而, 这些测试的假设往往会被违反, 因为振幅通常不会分布, 如果放弃阶段信息, 还会丢失微弱的信号 。 另一种办法是使用真实和想象的 Fleier 组件进行多变统计测试。 在这里, T测试的两个多变扩展的性能将进行对比: Hotling's $T2 和一个称为 $T2 cicurc} 的变异性标准。 根据数据条件指数( 缩放的平值比率的平方根 ), 使用真实和想象值的变异性 。 使用马哈勒诺比的两种变异的变异的变异性扩展性扩展了这些数据的测试 。 在使用这些变异的统计模型中, 将显示这些变异的测试 。 将显示 MA的测试 。

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