پردازش داده‌های fMRI با fMRIPrep

یکی از چالش‌های اصلی در مطالعات تصویربرداری تشدید مغناطیسی کارکردی (fMRI)، انجام پیش‌پردازش‌های دقیق، استاندارد و تکرارپذیر بر روی داده‌های خام است. داده‌های fMRI به‌صورت خام حاوی نویزها، اعوجاج‌ها و خطاهایی هستند که بدون انجام مراحل پیش‌پردازش، امکان تحلیل علمی و تفسیرپذیر آن‌ها وجود ندارد.

fMRIPrep یک پایپ‌لاین جامع، خودکار و استاندارد برای پیش‌پردازش داده‌های fMRI است که با هدف افزایش کیفیت، شفافیت و تکرارپذیری مطالعات علوم اعصاب توسعه یافته است. این ابزار مطابق با استاندارد BIDS (Brain Imaging Data Structure) طراحی شده و مجموعه‌ای از معتبرترین الگوریتم‌ها و نرم‌افزارهای پردازش تصویر مغزی را در قالب یک روال یکپارچه به کار می‌گیرد.

در آزمایشگاه پردازش تصویر، fMRIPrep  به‌عنوان یکی از استانداردهای اصلی برای پیش‌پردازش داده‌های task-based fMRI و resting-state fMRI مورد استفاده قرار می‌گیرد.

خدمات آزمایشگاه در بخش fMRIPrep

در این بخش، خدمات زیر بر اساس نیاز پژوهشگر ارائه می‌شود:

• بررسی ساختار داده‌ها و اعتبارسنجی BIDS
• پیش‌پردازش خودکار داده‌های fMRI مطابق با استانداردهای بین‌المللی
• اصلاح حرکات سر (Motion Correction)
• تصحیح اعوجاج‌های ناشی از ناهمگنی میدان مغناطیسی (Susceptibility Distortion Correction)
• هم‌ترازی تصاویر عملکردی با تصاویر ساختاری (Coregistration)
• نرمال‌سازی تصاویر به فضای استاندارد (MNI space)
• استخراج متغیرهای نویز و پارامترهای مخدوش‌کننده (Confounds)
• تولید گزارش‌های تصویری جامع از تمام مراحل پردازش
• آماده‌سازی داده‌ها برای آنالیزهای آماری، اتصال‌پذیری عملکردی و تحلیل‌های پیشرفته

خروجی‌های fMRIPrep به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که مستقیماً قابل استفاده در نرم‌افزارهای تحلیل داده‌های fMRI مانند SPM، FSL، CONN و DPARSF باشند.

کاربردهای fMRIPrep در مطالعات پژوهشی

پیش‌پردازش داده‌ها با استفاده از fMRIPrep زمینه را برای انجام تحلیل‌های زیر فراهم می‌کند:

• آنالیز fMRI مبتنی بر تسک (Task-based fMRI)
• آنالیز fMRI در حالت استراحت (Resting-state fMRI)
• تحلیل اتصال‌پذیری عملکردی (Functional Connectivity)
• تحلیل گراف و شبکه‌های مغزی
• مطالعات چندوجهی (Multimodal studies) در ترکیب با DWI و تصاویر ساختاری
• آماده‌سازی داده‌ها برای تحلیل‌های یادگیری ماشین

دیتاست‌های MRI پیشنهادی (دسترسی آزاد)

پژوهشگران می‌توانند از دیتاست‌های معتبر زیر برای پردازش با fMRIPrep استفاده نمایند:

• Human Connectome Project (HCP)
  https://www.humanconnectome.org
  داده‌های fMRI با تفکیک‌پذیری بالا در کنار تصاویر ساختاری و انتشاری
• OpenNeuro
  https://openneuro.org
  مخزن بزرگ داده‌های fMRI استاندارد شده بر اساس BIDS
• Cambridge Centre for Ageing and Neuroscience (CamCAN)
  https://camcan-archive.mrc-cbu.cam.ac.uk
  داده‌های fMRI و MRI ساختاری در بازه‌های سنی مختلف
• ABIDE (Autism Brain Imaging Data Exchange)
  https://fcon_1000.projects.nitrc.org/indi/abide/
  دیتاست تخصصی مطالعات اختلال طیف اوتیسم

مقالات و منابع علمی معتبر

• Esteban et al., fMRIPrep: a robust preprocessing pipeline for functional MRI, Nature Methods, ۲۰۱۹
• Gorgolewski et al., The Brain Imaging Data Structure (BIDS), Scientific Data, ۲۰۱۶
• Poldrack et al., Scanning the horizon: towards transparent and reproducible neuroimaging research, Nature Reviews Neuroscience, ۲۰۱۷
• Ciric et al., Mitigating head motion artifact in functional connectivity MRI, NeuroImage, ۲۰۱۸
• Lindquist et al., Modular preprocessing pipelines can reintroduce artifacts into fMRI data, Human Brain Mapping, ۲۰۱۹
• Botvinik-Nezer et al., Variability in the analysis of a single neuroimaging dataset, Nature, ۲۰۲۰