Identification of the causal relationship between multivariate time series is a ubiquitous problem in data science. Granger causality measure (GCM) and conditional Granger causality measure (cGCM) are widely used statistical methods for causal inference and effective connectivity analysis in neuroimaging research. Both GCM and cGCM have frequency-domain formulations that are developed based on a heuristic algorithm for matrix decompositions. The goal of this work is to generalize GCM and cGCM measures and their frequency-domain formulations by using a theoretic framework for minimum entropy (ME) estimation. The proposed ME-estimation method extends the classical theory of minimum mean squared error (MMSE) estimation for stochastic processes. It provides three formulations of cGCM that include Geweke's original time-domain cGCM as a special case. But all three frequency-domain formulations of cGCM are different from previous methods. Experimental results based on simulations have shown that one of the proposed frequency-domain cGCM has enhanced sensitivity and specificity in detecting network connections compared to other methods. In an example based on in vivo functional magnetic resonance imaging, the proposed frequency-domain measure cGCM can significantly enhance the consistency between the structural and effective connectivity of human brain networks.


翻译:多变时间序列之间因果关系的确定是数据科学中普遍存在的一个问题。在神经成像研究中,致因推断和有效连通分析广泛采用致因分析统计方法。GCM和cGCM都有基于矩阵分解的超光速算法而开发的频率-域元配方。这项工作的目标是通过使用最小对流(ME)估计的理论框架,将GCM和CGCM措施及其频率-主元配方法加以普及。提议的计量方法扩展了典型的最小平均正方差理论(MMSE)对神经成像学过程的评估。它提供了三种CGCM的配方配方,其中包括Geweke原先的时间-主控方程的CGCM。但是,CGCM的所有三种频率-主配方与以前的方法不同。根据模拟得出的实验结果显示,拟议的频率-常数(ME)估计框架之一在检测最小正方差(MME)的最小正方差误差(MME)结构连接方面提高了敏感度和具体性。相对于其他方法而言,在测测算网络的功能性结构连接方面,可大大增强机能性结构连接的频率/频率,可以提高机能成像成像学的模型的频率。

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