thesis

Selection of a model of cerebral activity for fMRI Group Data analysis

Defense date:

Jan. 1, 2010

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Institution:

Paris 11

Disciplines:

Authors:

Directors:

Abstract EN:

This thesis is dedicated to the statistical analysis of multi-sub ject fMRI data, with the purpose of identifying bain structures involved in certain cognitive or sensori-motor tasks, in a reproducible way across sub jects. To overcome certain limitations of standard voxel-based testing methods, as implemented in the Statistical Parametric Mapping (SPM) software, we introduce a Bayesian model selection approach to this problem, meaning that the most probable model of cerebral activity given the data is selected from a pre-defined collection of possible models. Based on a parcellation of the brain volume into functionally homogeneous regions, each model corresponds to a partition of the regions into those involved in the task under study and those inactive. This allows to incorporate prior information, and avoids the dependence of the SPM-like approach on an arbitrary threshold, called the clusterforming threshold, to define active regions. By controlling a Bayesian risk, our approach balances false positive and false negative risk control. Urthermore, it is based on a generative model that accounts for the spatial uncertainty on the localization of individual effects, due to spatial normalization errors. On both simulated and real fMRI datasets, we show that this new paradigm corrects several biases of the SPM-like approach, which either swells or misses the different active regions, depending on the choice of a cluster-forming threshold.

Abstract FR:

L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf ) permet d’acquérir des images tridimensionnelles de l’activité cérébrale d’un sujet soumis à une séquence de stimulations sensorielles. L’analyse statistique des ces données permet de détecter les aires cérébrales actives en réponse aux différentes stimulations. Lorsque plusieurs sujets ont été recrutés pour une expérience, l’analyse de groupe consiste à généraliser les résultats individuels à la population d’intérêt dont sont issus les sujets. La variabilité morphologique du cerveau humain rend cependant la comparaison des images acquises sur les différents sujets problématique. L’approche usuelle pour contrer cette difficulté consiste à recaler les sujets dans un Référentiel commun, puis de comparer les cerveau séparément en chaque point de ce référentiel. Cette étape de recalage n’ étant jamais parfaite, il en résulte une incertitude sur la localisation spatiale de chaque sujet. Nous proposons dans un premier temps d’ étendre le modèle classique d’analyse de groupe afin de prendre en compte cette incertitude spatiale. Dans un deuxième temps, nous développons à partir de ce modèle une nouvelle approche de détection d’aires cérébrales actives, basée sur des régions d’intérêt prédéfinies plutôt que sur les procédures de seuillage couramment utilisées.