Recent studies have shown that functional brain brainwork is dynamic even during rest. A common approach to modeling the brain network in whole brain resting-state fMRI is to compute the correlation between anatomical regions via sliding windows. However, the direct use of the sample correlation matrices is not reliable due to the image acquisition, processing noises and the use of discrete windows that often introduce spurious high-frequency fluctuations and the zig-zag pattern in the estimated time-varying correlation measures. To address the problem and obtain more robust correlation estimates, we propose the heat kernel based dynamic correlations. We demonstrate that the proposed heat kernel method can smooth out the unwanted high-frequency fluctuations in correlation estimations and achieve higher accuracy in identifying dynamically changing distinct states. The method is further used in determining if such dynamic state change is genetically heritable using a large-scale twin study. Various methodological challenges for analyzing paired twin dynamic networks are addressed.


翻译:最近的研究显示,即使在休息期间,脑功能大脑也是动态的。在整个大脑休眠状态FMRI中模拟大脑网络的一个共同方法是通过滑动窗口计算解剖区域之间的相互关系。然而,直接使用样本关联矩阵并不可靠,因为图像的获取、处理噪音和使用离散窗口,这些窗口往往在估计的时间变化相关测量中引入虚假的高频波动和zig-zag模式。为了解决问题并获得更可靠的相关估计,我们提出了基于热内核的动态关联。我们证明,拟议的热内核方法可以在相关估计中平滑出意外的高频波动,并在确定动态变化不同的状态方面实现更高的准确性。在确定这种动态状态变化是否具有遗传性时,将使用大规模双项研究进一步使用该方法。分析配对双动态网络的方法挑战得到了解决。

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