Method Article
Wir beschreiben, wie eine Metaanalyse von voxel-basierten Neuroimaging-Studien mit Seed-based d Mapping with Permutation of Subject Images (SDM-PSI) durchgeführt wird.
Die meisten Methoden zur Durchführung von Metaanalysen von voxelbasierten Neuroimaging-Studien bewerten nicht, ob die Wirkungen nicht null sind, sondern ob es eine Konvergenz von Spitzen von statistischer Signifikanz gibt, und reduzieren die Bewertung der Evidenz auf eine binäre Klassifikation. ausschließlich auf der Grundlage von p-Werten (d. h. Voxel können nur "statistisch signifikant" oder "nicht statistisch signifikant" sein). Hier erfahren wir, wie eine Metaanalyse mit Seed-based d Mapping with Permutation of Subject Images (SDM-PSI) durchgeführt wird, einer neuartigen Methode, die einen Standard-Permutationstest verwendet, um zu beurteilen, ob Effekte nicht null sind. Wir zeigen auch, wie die Stärke der Evidenz nach einer Reihe von Kriterien bewertet werden kann, die eine Reihe statistischer Signifikanzniveaus (von liberaler bis konservativer), die Datenmenge oder die Erkennung potenzieller Verzerrungen (z. B. klein-Studien-Effekt) berücksichtigen. und Übermaß an Bedeutung). Um das Verfahren zu veranschaulichen, beschreiben wir die Leitung einer Metaanalyse von voxelbasierten Morphometriestudien bei Zwangsstörungen, und wir stellen alle Daten zur Verfügung, die bereits aus den Manuskripten extrahiert wurden, damit der Leser die Metaanalyse replizieren kann. Leicht. SDM-PSI kann auch für Metaanalysen der funktionellen Magnetresonanztomographie, Diffusionstensor-Bildgebung, Positionsemissionstomographie und oberflächenbasierte Morphometrie-Studien eingesetzt werden.
Seit der Einführung der Magnetresonanztomographie hat die Neuroimaging-Gemeinschaft Tausende von Studien über die neuronalen Substrate psychologischer Funktionen und neuropsychiatrischer Störungen veröffentlicht. Um diese Ergebnisse zusammenzufassen, wurden mehrere Methoden entwickelt1,2,3,4,5,6. Ursprüngliche voxelbasierte Neuroimaging-Studien berichten über die Koordinaten der Spitzen der statistischen Signifikanz (z. B. in einem Vergleich des Grauen Materievolumens zwischen Patienten und Kontrollen), und metaanalytische Methoden bewerten häufig, ob es in bestimmten Hirnregionen eine Konvergenz der Spitzen gibt.
Wir haben jedoch bereits gezeigt, dass diese Tests zur Konvergenz von Spitzen auf empfindlichen Annahmen beruhen, die die Muster der Metaanalyseergebnisse und ihre statistische Signifikanz beeinflussen könnten7. Insbesondere gehen diese Tests davon aus, dass Voxel unabhängig sind und dass sie die gleiche Wahrscheinlichkeit eines "falschen" Peaks haben, während in echter grauer Materie Voxel mit ihren Nachbarn korrelieren und die Wahrscheinlichkeit, dass ein Voxel einen "falschen" Peak hat, von seiner Gewebezusammensetzung abhängt. Darüber hinaus umfassen sie auch Paradoxien, wie zum Beispiel, dass die statistische Macht in Gegenwart von wenigen wahren Effekten zunimmt und abnimmt, wenn es mehrere wahre Effekte gibt.
Um diese Probleme zu überwinden, haben wir eine Methode entwickelt, die die Gehirnkarten der statistischen Effekte für jede Studie anordnet und dann eine Standard-Random-Effects-Metaanalyse durchführt, um formal zu testen, ob die Effekte von Null abweichen. Diese Methode wird als "Seed-based d Mapping with Permutation of Subject Images" (SDM-PSI)8 bezeichnet und umfasst:
Wir haben die SDM-Methoden an anderer Stelle detailliert und vollständig validiert4,8,10,13,14.
Darüber hinaus schlagen wir vor, sich nicht auf eine binäre Klassifizierung der Voxel zu verlassen, die auf dem Niveau der statistischen Signifikanz basiert (signifikant vs. nicht signifikant), sondern umgekehrt die Stärke der Evidenz anhand einer Reihe von Kriterien zu bewerten22. Der binäre statistische Signifikanzreduktionismus führt zu einer schlechten Kontrolle der falsch positiven und falsch negativen Raten15, während die Kriterien Bereiche statistischer Signifikanzniveaus verwenden und die Datenmenge oder potenzielle Verzerrungen berücksichtigen. Die SDM-PSI-Software gibt die notwendigen Elemente zurück, um eine solche Klassifizierung8 durchzuführen, und kann daher eingesetzt werden, um eine detailliertere Klassifizierung der Beweisstärke zu ermöglichen.
Hier zeigen wir, wie man eine Metaanalyse von voxelbasierten Neuroimaging-Studien mit SDM-PSI durchführt. Um das Protokoll zu veranschaulichen, verwenden wir Daten aus einer veröffentlichten Metaanalyse von voxelbasierten Morphometriestudien, die Graustoffanomalien bei Patienten mit Zwangsstörung (OCD) untersuchten4. Wir werden jedoch nicht die Methoden verwenden, die bei dieser frühen Metaanalyse verwendet werden, sondern die oben genannten Verfahren auf dem Stand der Technik. Der Leser kann die Software und diese Daten von unserer Website (http://www.sdmproject.com/) herunterladen, um die Analyse zu replizieren.
Alle Forscher, die eine Metaanalyse von voxelbasierten Neuroimaging-Studien durchführen wollen, können diesem Protokoll folgen. Das Verfahren kann mit funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRI, z.B. BOLD-Reaktion auf einen Stimulus)16, voxelbasierte Morphometrie (VBM, z.B. Graustoffvolumen)17, Diffusionstensorbildgebung (DTI, z.B. fraktionierte Anisotropie)18, Positionsemissionstomographie (PET, z.B. Rezeptorbelegung)19 und oberflächenbasierte Morphometrie (SBM, z.B. kortikale Dicke) Studien/Datensätze.
1. Installation von SDM-PSI
2. Meta-Analyseplan
3. Erschöpfende Suche
4. Erhebung der Daten
5. Einführung von Daten in SDM-PSI
6. Vorverarbeitung
7. Hauptanalyse
8. Heterogenität, Publikationsverzerrung und Benotung
Wie in der in MRICron geöffneten Karte bei der Schwellenwertierung der Hauptanalyse gezeigt (Abbildung 2,Schritt 7.6), hatten Patienten mit OCD statistisch signifikant ein geringeres Graustoffvolumen in dorsalem vorderen cingulate/medialen frontalen Kortex. Die begleitende Webseite zeigt, dass der Cluster mäßig klein ist (143 Voxel) und sich hauptsächlich im Brodmann-Bereich 32 befindet und dass der Spitzenwert des Clusters bei MNI [2, 32, 32] liegt, einen Z-Wert von -4,97 und einen FWER-korrigierten p-Wert von 0,01 hat.
In den Webseiten in den Schritten 8.1 und 8.2 erhalten, die niedrige I2 Statistik (1,5%) weist auf eine sehr geringe Heterogenität hin, das Trichterdiagramm zeigt keine Asymmetrien (Abbildung 3), und sowohl der Test für den Effekt kleiner Studien als auch der Test auf übersigniumige Signifikanz sind negativ. Allerdings ist der Nachweis eines kleineren Graustoffvolumens in dorsalem vorderen cingulate Cortex mäßig schwach, wie in der Karte gezeigt, die in MRICron bei der Einstufung von Beweisen geöffnet ist, insbesondere aufgrund begrenzter Datenmengen.
Wenn die Hauptanalyse mit einem weniger strengen statistischen Signifikanzniveau (Schritt 7.3) angesetzt wurde, zeigten die Patienten auch statistisch signifikant ein größeres Graustoffvolumen im Striatum und überlegenen parietalen Gyrus (unkorrigierte p-Werte = 0,00006 und 0,0002), aber die Beweise für diese Anomalien sollten als schwächer betrachtet werden.
Abbildung 1: Hauptfenster der grafischen SDP-PSI-Benutzeroberfläche während einer mittleren Ausführung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: Regionen mit statistisch deutlich geringerem Graustoffvolumen bei Patienten mit Zwangsstörungen im Vergleich zu abgestimmten gesunden Kontrollen.
Der Cluster der statistischen Signifikanz umfasst 143 Voxel, hat seinen Höhepunkt bei MNI [2,32,32] und umfasst hauptsächlich dorsale vordere cingulate/mediale Frontalkortex, Brodmann-Bereich 32. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3: Trichterdiagramm für den Spitzenwert des Clusters von statistisch deutlich kleinerem Graustoffvolumen in dorsalem vorderen cingulate Cortex. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Softwarepakete | Codierung in SDM |
Statistische parametrische Zuordnung (SPM) | Spm |
FMRIB-Softwarebibliothek (FSL) | Lfs |
Andere Pakete | Andere |
Stereotaktischer Raum | Codierung in SDM |
Montreal NeurologIsches Institut (MNI) | Mni |
Raw Talairach | tal |
MNI mit Brett-Transformation in Talairach konvertiert | brett |
Tabelle 1: Liste der Softwarepakete und stereotaktischen Räume, die von SDM-PSI verstanden werden.
t-Werte müssen positiv sein, wenn: | t-Werte müssen negativ sein, wenn: | |
Ein-Probe-fMRI-Studien | Aufgabe > Baseline (Aktivierung) | Aufgabe < Baseline (Deaktivierung) |
FMRT-Studien mit zwei Stichproben | Patienten > Kontrollen in Aufgabe > Baseline (Hyperaktivierung) | Patienten < Kontrollen in Aufgabe > Baseline (Hypo-Aktivierung) |
Patienten < Kontrollen in Aufgabe < Baseline (Versagen der Deaktivierung) | Patienten > Kontrollen in Aufgabe < Baseline (Hyper-Deaktivierung) | |
ZWEI-Probe-VBM- / FA-Studien | Patienten > Kontrollen (größeres Volumen / FA) | Patienten < Kontrollen (kleineres Volumen / FA) |
Tabelle 2: Vorzeichen der t-Werte der Spitzen.
Wie bereits erwähnt, verwenden die meisten voxelbasierten metaanalytischen Methoden einen Test für die Konvergenz von Spitzen, der einige Einschränkungen hat, und führen dann eine binäre Klassifizierung der Evidenz ausschließlich basierend auf p-Werten durch.
In diesem Protokoll haben wir detailliert beschrieben, wie eine voxel-basierte Metaanalyse mit SDM-PSI durchgeführt wird, die eine Reihe positiver Merkmale aufweist, einschließlich eines Standard-Permutationstests, um die statistische Signifikanz der Effekte zu bewerten. Darüber hinaus zeigen wir, wie die Stärke der Evidenz anhand einer Reihe von Kriterien bewertet werden kann, die über eine binäre Klassifizierung hinausgehen, die ausschließlich auf einem statistischen Signifikanzniveau beruht.
Um die Replikation der Beispiel-Metaanalyse zu erleichtern, stellen wir die Daten zur Verfügung, die bereits aus den Manuskripten aus einer früheren Metaanalyse extrahiert wurden. Interessanterweise "schienen" die Beweise im Manuskript dieser Metaanalyse stärker als die Beweise, die wir mit den aktualisierten Methoden gefunden haben. Wir schlagen daher vor, dass unsystematische Auswertungen der Evidenz in früheren voxel-basierten Metaanalysen mit Vorsicht durchgeführt werden.
Wir hoffen, dass neuroimaging Meta-Analysen nach diesem Protokoll eine umfangreichere und granuliertere Beschreibung der Beweise für neuroimaging Befunde liefern.
Die Autoren haben nichts zu machen.
Diese Arbeit wurde unterstützt durch Miguel Servet Research Contract MS14/00041 und Das Forschungsprojekt PI14/00292 aus dem Plan Nacional de I+D+i 2013–2016, das Instituto de Salud Carlos III-Subdireccién General de Evaluacion y Fomento de la Investigacion, den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (FEDER) und den PFIS-Vordoktorandenvertrag FI16/00311. Die Geldgeber spielten bei der Gestaltung und Durchführung der Studie keine Rolle; Erhebung, Verwaltung, Analyse und Interpretation der Daten; Vorbereitung, Überprüfung oder Genehmigung des Manuskripts; entscheidung, das Manuskript zur Veröffentlichung vorzulegen.
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