當(dāng)?shù)谝慌鷉MRI研究人員在20世紀(jì)90年代初收集數(shù)據(jù)時，他們還必須創(chuàng)建分析數(shù)據(jù)的工具，因為當(dāng)時還沒有用于分析fMRI數(shù)據(jù)的“現(xiàn)成”軟件。最初的實驗設(shè)計和分析方法的靈感來自于使用PET分析血流數(shù)據(jù)。在PET血流研究中，每個圖像的采集至少需要一分鐘，并且在整個采集過程中重復(fù)一項任務(wù)。然后使用簡單的統(tǒng)計程序（例如任務(wù)和靜止圖像之間的t檢驗）比較各個圖像。受這種方法的啟發(fā)，早期研究通過簡單地將一項任務(wù)中的平均激活次數(shù)減去另一項任務(wù)中的激活次數(shù)來創(chuàng)建激活圖。例如，在Kwong等人（1992）的研究中，視覺刺激塊與無刺激塊交替出現(xiàn)。如圖1.3所示，即使從單個減法圖像中進(jìn)行檢查，視覺皮層中信號的變化也很明顯。為了獲得這一效應(yīng)的統(tǒng)計證據(jù)，使用簡單的配對t檢驗將在刺激區(qū)塊期間獲得的圖像與來自非刺激區(qū)塊的圖像進(jìn)行了比較。這種方法提供了一種查找激活的簡單方法，但其局限性很快就變得明顯起來。首先，它需要長時間的刺激(類似于PET掃描)才能使信號達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。雖然可行，但這種方法實質(zhì)上浪費了從fMRI數(shù)據(jù)中獲得的更高的時間分辨率。其次，簡單的t檢驗方法沒有考慮到fmri數(shù)據(jù)的復(fù)雜時間結(jié)構(gòu)，這違反了統(tǒng)計學(xué)的假設(shè)。
研究人員很快意識到，與PET相比，fMRI更高的時間分辨率允許使用事件相關(guān)(ER)設(shè)計，在這種設(shè)計中，可以評估相對短暫的個體刺激的個體影響。最初的此類研究使用的試驗是我們在時間上進(jìn)行了很寬的間隔（以使血流動力學(xué)反應(yīng)恢復(fù)到基線水平），并在以每個試驗為中心的時間范圍內(nèi)對反應(yīng)進(jìn)行平均（Buckner，1996）。然而，這種緩慢的事件相關(guān)設(shè)計的局限性很快就顯現(xiàn)出來；尤其是，它需要大量的掃描時間來收集相對較少的試驗。對發(fā)生得更快的試驗進(jìn)行建模需要對BOLD的血流動力學(xué)反應(yīng)(HRF)有更基本的了解。一系列基礎(chǔ)研究（Boynton，1996； Vazquez＆Noll，1998； Dale＆Buckner，1997）建立了事件相關(guān)功能磁共振成像設(shè)計的范圍，其BOLD響應(yīng)表現(xiàn)為線性時不變系統(tǒng)，大致對于間隔至少2秒的事件。BOLD的線性是一個重要的結(jié)果，通過允許使用通用線性模型并允許研究各種fMRI設(shè)計的統(tǒng)計效率，極大地簡化了分析。例如，使用線性Dale(1999)和Josephs&Henson(1999)證明了區(qū)組設(shè)計對條件之間的差異最敏感，但仔細(xì)安排事件可以提供最佳的ER設(shè)計。
數(shù)據(jù)中的噪聲也是一個挑戰(zhàn)，特別是關(guān)于被稱為“漂移”的極低頻率變化。早期的工作系統(tǒng)地研究了這種噪聲的來源和性質(zhì)，并將其描述為生理效應(yīng)和掃描不穩(wěn)定性的組合(Smith，1999；Zarahn，1997；Aguirre，1997)，漂移的來源仍然知之甚少。漂移由濾波器或干擾回歸因子的組合或使用時間自相關(guān)模型來建模(Woolrich，2001)。與PET類似，觀察到與任務(wù)無關(guān)的BOLD信號的全局變化，并且存在關(guān)于是否應(yīng)該將全局fMRI信號強(qiáng)度倒退、縮小或忽略的爭論(Aguirre，1997年)。
在正電子發(fā)射計算機(jī)斷層掃描中，受試者內(nèi)分析和分組分析之間幾乎沒有區(qū)別，并且忽略了同一受試者多次(最多12次)掃描所產(chǎn)生的重復(fù)測量相關(guān)性。有了功能磁共振成像，每個人就可以進(jìn)行數(shù)百次掃描。早期的一種方法是簡單地將研究中所有個人的時間序列連接起來，并在所有時間點進(jìn)行分析，而忽略了這樣一個事實，即這些是在不同個人之間重復(fù)獲得的測量結(jié)果。這就產(chǎn)生了“固定效應(yīng)”推論，即單個受試者可以在群體分析中產(chǎn)生顯著的結(jié)果。SPM小組(Holmes&Friston，1999)提出了一種簡單的“混合效應(yīng)”建模方法，其推論將推廣到樣本總體。他們的方法包括在每個體域獲得每個受試者單獨的效果估計，然后在第二級將這些結(jié)果合并，以測試不同受試者的效果。雖然今天仍在廣泛使用，但這種方法沒有考慮到對象內(nèi)部可變性的差異。FMRIB軟件庫(FSL)小組提出了一種改進(jìn)的方法(Woolrich，2004b；Beckmann&Smith，2004)，該方法既使用了單獨的主體效果圖像，又使用了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)誤差圖像。雖然后一種方法在不同受試者之間的變異性存在顯著差異時提供了更高的敏感性，但最近的研究表明，這些方法在典型的單組分析中沒有太大差異(Mumford&Nichols，2009)。
自2000年以來，一種新的功能磁共振成像分析方法變得越來越普遍，它試圖分析存在于活動模式中的信息，而不是單個體素的反應(yīng)。這些方法被稱為多體素模式分析（MVPA），模式信息分析或機(jī)器學(xué)習(xí)，這些方法試圖確定基于fMRI激活模式可以區(qū)分不同條件（例如不同的刺激類別）的程度，并且也要了解這些模式中存在什么樣的信息。這組方法的一個特別創(chuàng)新是，它們專注于對新數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，而不是簡單地描述特定數(shù)據(jù)集中存在的模式。
以上內(nèi)容來自《Handbook of functional MRI Data Analysis》。
