رسم الخرائط الإحصائية البارامترية

التصوير العصبي الوظيفي هو أحد أنواع مسح الدماغ، ويتضمن قياس نشاط الدماغ. وتعتمد تقنية القياس على تقنية التصوير المستخدمة (مثل التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ). يُنتج الماسح الضوئي "خريطة" للمنطقة، ممثلةً بوحدات حجمية ( فوكسل ) . يمثل كل فوكسل نشاط حجم محدد في الفضاء ثلاثي الأبعاد. ويختلف الحجم الدقيق للفوكسل باختلاف التقنية المستخدمة. عادةً ما يمثل فوكسل التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي حجمًا قدره 27 ^مم³  في متوازي مستطيلات متساوي الأضلاع.

يدرس الباحثون نشاط الدماغ المرتبط بعملية عقلية محددة أو عمليات عقلية معينة. يتمثل أحد المناهج في طرح السؤال التالي: "ما هي مناطق الدماغ التي تكون أكثر نشاطًا بشكل ملحوظ عند أداء المهمة (أ) مقارنةً بالمهمة (ب)؟". على الرغم من أن المهمتين قد تكونان متطابقتين تمامًا، باستثناء السلوك قيد الدراسة، فمن المرجح أن يُظهر الدماغ تغيرات في النشاط بين المهمتين نتيجة لعوامل أخرى غير اختلافات المهمة (حيث يُنسق الدماغ العديد من الوظائف المتوازية غير المرتبطة بالمهمة). علاوة على ذلك، قد تحتوي الإشارة على تشويش ناتج عن عملية التصوير نفسها.

لاستبعاد هذه التأثيرات العشوائية، ولإبراز مجالات النشاط المرتبطة تحديدًا بالعملية قيد الدراسة، تبحث الإحصاءات عن الفروق الأكثر أهمية. يتضمن ذلك عملية متعددة المراحل لإعداد البيانات، وتحليلها باستخدام نموذج خطي عام .

قد تخضع الصور الملتقطة بواسطة الماسح الضوئي لمعالجة مسبقة لإزالة التشويش أو تصحيح أخطاء أخذ العينات.

عادةً ما تُجرى دراسةٌ تتضمن تصويرًا للمريض عدة مرات. ولمراعاة حركة الرأس بين عمليات التصوير، تُعدّل الصور عادةً بحيث تتوافق وحدات البكسل في كل صورة (تقريبًا) مع نفس الموقع في الدماغ. يُشار إلى هذا باسم إعادة المحاذاة أو تصحيح الحركة ، انظر إعادة محاذاة الصورة.

تتضمن دراسات التصوير العصبي الوظيفي عادةً مشاركة عدة أفراد، لكل منهم دماغ ذو شكل مختلف. من المرجح أن يكون لديهم جميعًا نفس التشريح العام، باستثناء اختلافات طفيفة في الحجم الكلي للدماغ، والاختلافات الفردية في تضاريس التلافيف والأخاديد في القشرة المخية ، والاختلافات المورفولوجية في البنى العميقة مثل الجسم الثفني . ولتسهيل المقارنات، تُحوّل الصورة ثلاثية الأبعاد لكل دماغ بحيث تتطابق البنى السطحية، وذلك من خلال التطبيع المكاني . يتضمن هذا التطبيع عادةً النقل والتدوير والتحجيم والتشويه غير الخطي لسطح الدماغ ليطابق نموذجًا قياسيًا. تسمح خرائط الدماغ القياسية، مثل خريطة تالايراخ-تورنو أو النماذج من معهد مونتريال للأعصاب (MNI)، للباحثين من جميع أنحاء العالم بمقارنة نتائجهم.

يمكن تنعيم الصور لجعل البيانات أقل ضوضاءً (على غرار تأثير "الضبابية" المستخدم في بعض برامج تحرير الصور) حيث يتم حساب متوسط ​​وحدات البكسل مع جيرانها، عادةً باستخدام مرشح غاوسي أو عن طريق تحويل الموجة .

تُفترض نماذج إحصائية بارامترية عند كل فوكسل، باستخدام النموذج الخطي العام لوصف تباين البيانات من حيث التأثيرات التجريبية والمُربكة، مع التباين المتبقي. تُقيّم الفرضيات المُعبر عنها بدلالة معلمات النموذج عند كل فوكسل باستخدام الإحصاءات أحادية المتغير .

قد تفحص التحليلات الاختلافات بمرور الوقت (أي الارتباطات بين متغير المهمة ونشاط الدماغ في منطقة معينة) باستخدام نماذج الالتفاف الخطي لكيفية حدوث الإشارة المقاسة بسبب التغيرات الأساسية في النشاط العصبي.

نظراً لإجراء العديد من الاختبارات الإحصائية، لا بد من إجراء تعديلات للتحكم في أخطاء النوع الأول (النتائج الإيجابية الكاذبة) التي قد تنجم عن مقارنة مستويات النشاط عبر العديد من وحدات البكسل. يؤدي خطأ النوع الأول إلى تقييم خاطئ لنشاط الدماغ الأساسي على أنه مرتبط بالمهمة. تُجرى التعديلات بناءً على عدد وحدات البكسل في الصورة ونظرية الحقول العشوائية المستمرة ، وذلك لوضع معيار جديد للدلالة الإحصائية يُعالج مشكلة المقارنات المتعددة .

يمكن تمثيل الاختلافات في النشاط الدماغي المقاس بطرق مختلفة.

يمكن عرضها في جدول، يُظهر إحداثيات توضح أبرز الفروقات في النشاط بين المهام. أو بدلاً من ذلك، يمكن عرض الفروقات في نشاط الدماغ على شكل بقع ملونة على شريحة من الدماغ، حيث تمثل الألوان مواقع وحدات البكسل (فوكسل) ذات الفروقات الإحصائية الهامة بين الحالات. ويتم ربط تدرج الألوان بقيم إحصائية، مثل قيم t أو درجات z. وهذا يُنشئ خريطة بديهية وجذابة بصريًا للقوة الإحصائية النسبية لمنطقة معينة.

يمكن تمثيل الاختلافات في النشاط الدماغي بـ"الدماغ الزجاجي"، وهو تمثيل لثلاثة مناظر خارجية للدماغ كما لو كان شفافًا. تظهر فقط مناطق التنشيط كمناطق مظللة. يُعد هذا مفيدًا كوسيلة لتلخيص المساحة الإجمالية للتغير الملحوظ في مقارنة إحصائية معينة.