Less is more: balancing noise reduction and data retention in fMRI with data-driven scrubbing
Notice bibliographique
Résumé
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 multiband acquisitions, and high rates of censoring of individual volumes and entire subjects. Alternatively, data-driven scrubbing methods like DVARS are based on observed noise in the processed fMRI timeseries and may avoid some of these issues. Here we propose "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 argue that an appropriate metric for the success of scrubbing is maximal data retention subject to reasonable performance on typical benchmarks such as the validity, reliability, and identifiability of functional connectivity. We find that stringent motion scrubbing yields worsened validity, worsened reliability, and produced small improvements to fingerprinting. Meanwhile, data-driven scrubbing methods tend to yield greater improvements to fingerprinting while not generally worsening validity or reliability. Importantly, however, data-driven scrubbing excludes a fraction of the number of volumes or entire sessions compared to motion scrubbing. The ability of data-driven fMRI scrubbing to improve data retention without negatively impacting the quality of downstream analysis has major implications for sample sizes in population neuroscience research.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,007 | 0,032 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,002 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,002 |
| Communication savante | 0,002 | 0,004 |
| Science ouverte | 0,003 | 0,004 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».