共激活模式
前面的方法都在“连接”(二阶统计量)的层面上工作。共激活模式(co-activation patterns, CAP)回到一阶的活动层面:静息态网络的相关图,可能主要由少数几个时间点的同步大幅活动决定。
点过程与事件帧
Tagliazucchi 等(2012, Frontiers in Physiology)把 BOLD 信号转换为“超过阈值的时刻”组成的点过程,发现只用这些稀疏事件就能重现常见的静息态网络。Liu & Duyn(2013, PNAS)沿着这一思路,在 247 名被试的公开静息态数据中以后扣带回为种子:只选种子信号超过阈值的帧并做平均,包含约 15% 的帧时,与用全部帧算出的种子相关图的相似度就接近平台;在组水平,这 15% 的帧的平均图与全数据相关图的空间相关达到 0.995。
CAP 的构造
在上述选帧的基础上,Liu & Duyn 用 k-means 按空间相似性把选中的帧分组,每组求平均即得到一个 CAP。以后扣带回为种子时,他们报告了 8 个 CAP(),它们彼此不同,也与传统的默认模式网络图不同:常规相关图实际上是这些模式的混合。
算法 3 种子 CAP 分析
输入:体素或脑区时间序列 X ∈ R^{N×T}(每个通道 z 标准化);种子区 s;阈值分位数 q;聚类数 K
1. F ← {t : x_s(t) > quantile(x_s, q)} # 选出种子高活动帧
2. 取帧向量 X[:, t], t ∈ F,用 k-means(空间相关距离)聚为 K 类
3. CAP_k ← 第 k 类帧的平均;可除以类内标准误得到 z 图
4. 输出:CAP_k、每类帧数占比(出现频率)、类内一致性(帧与类均值的平均空间相关)
扩展方法包括不依赖种子、对全部帧或全部高 GFP 帧聚类的全脑 CAP,以及通过反卷积血流动力学响应、寻找“创新信号”的新息驱动共激活模式(iCAPs; Karahanoğlu & Van De Ville, 2015, Nature Communications),后者允许多个网络在时间和空间上重叠。
CAP 的结果依赖于种子位置、阈值和 。Liu & Duyn 在原文中对 到 都做了聚类,只报告了特定的 ;他们也构造了一个在平稳相关假设下、均值方差与帧数相同的替代数据集作为对照。使用 CAP 时同样应报告参数敏感性,并检验平稳替代数据是否产生相似的“模式”。