Исследование выявляет существенные проблемы в воспроизводимости и стандартизации функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), используемой для изучения функций и поведения мозга , и предлагает конкретные решения, позволяющие продвинуть эту область в сторону результатов, которые будут иметь реальное влияние.

Исследование совместно с разнообразной командой международных коллег возглавляли Майкл П. Милхэм, доктор медицины, доктор философии, главный научный сотрудник Института детского разума, и Грегори Киар, доктор философии, научный сотрудник и директор Центра анализа данных, инноваций и строгости Института детского разума.

В статье критически оцениваются конвейеры предварительной обработки при анализе данных фМРТ — широко используемые программные инструменты, которые расширили участие в области исследований фМРТ за счет автоматизации основных аналитических задач.

Исследование выявило лишь умеренное соответствие между пятью популярными конвейерами — конвейер когнитивного развития мозга подростков фМРТ (ABCD-BIDS); вычислительная система коннектомов (CCS); настраиваемый конвейер для анализа коннектомов по умолчанию ( C-PAC:Default), разработанный Институтом детского разума; помощник по обработке данных для фМРТ в состоянии покоя (DPARSF); и версия fMRIPrep для долгосрочной поддержки (fMRIPrep-LTS) — при предоставлении идентичных данных.

Эта изменчивость существенно влияет на надежность результатов исследований ассоциаций в масштабах всего мозга, которые необходимы для понимания индивидуальных различий в функциях и поведении мозга. Это особенно тревожно, поскольку исследователи часто предполагают, что эти конвейеры взаимозаменяемы.

«Что особенно важно, мы обнаружили, что то, что мы узнаем о мозге, может существенно меняться в зависимости от того, какой конвейер мы выбираем», — говорит доктор Киар. «Самым острым открытием стало то, что низкое согласие между конвейерами также ставит под угрозу выводы, которые мы делаем с помощью этих предварительно обработанных данных. Если мы хотим, чтобы наша работа трансформировалась в понимание и заботу в реальном мире, мы должны признать это и принять меры».

Основные выводы:
Умеренное согласие между конвейерами : исследование показало, что различные конвейеры предварительной обработки дают разные результаты, даже если используются одни и те же данные. Это существенная проблема в достижении воспроизводимости в исследованиях фМРТ.
Влияние на научные идеи : Различия в этапах предварительной обработки могут привести к непоследовательным результатам при выявлении связей между мозгом и поведением. Эта непоследовательность особенно тревожна, поскольку сообщество нейронауки стремится перевести эти открытия в клинические приложения.
Различия в качестве данных и конвейерах: Аналитические различия более очевидны при использовании высококачественных данных. Конвейеры станут следующим препятствием на пути к получению результатов, которые можно будет воспроизводить в разных исследованиях по мере оптимизации сбора данных.
Рекомендации по стандартизации : Поле должно принять стандартизированные методы и прозрачные практики отчетности. Это включает в себя детализацию всех этапов обработки данных, включая версии программного обеспечения и конкретные используемые параметры.
«Это исследование подчеркивает важность надежности и стандартизации при обработке данных», — сказал доктор Милхэм.

«Воспроизводимость имеет решающее значение для научного прогресса, и ее было чертовски трудно достичь в визуализации мозга. Это исследование представляет собой огромное количество времени и усилий, чтобы выявить общие угрозы воспроизводимости и воспроизвести общие инструменты, используемые в этой области. Это снизит барьер для всех и подтолкнет нас к следующему шагу».

Доктор Милхэм, доктор Киар и их команда полагают, что улучшение межтрубопроводного соглашения (IPA) посредством стандартизации и четкой методологической отчетности имеет решающее значение для развития отрасли.

Они выступают за документирование всех решений, настроек и версий, связанных с конвейером, в каждой публикации, а также за использование альтернативных конвейеров в анализах для определения того, влияет ли изменчивость между конвейерами на результаты исследований. Конфигурируемый конвейер C-PAC Института детского разума позволяет сравнивать несколько конвейеров в одном пакете и может использоваться для этой цели.

Формирование прочного консенсуса и принятие активных мер на этом «следующем рубеже» кризиса воспроизводимости в области фМРТ позволят исследователям лучше подготовиться к использованию возможностей улучшенного качества данных и откроют эру надежных и непрерывных знаний о мозге и поведении человека.