Bayesian Inference for Spatially Varying Long-Memory Processes in fMRI
Functional MRI measures brain activity through the Blood Oxygen Level Dependent (BOLD) signal, a time series reflecting changes in blood oxygenation at each voxel. Prior work has shown that BOLD signals exhibit scale-free behavior over low-frequency bands, consistent with long-range temporal dependence. To model this temporal dependence, we develop a voxelwise Bayesian framework that treats each time series as a Gaussian long-memory process and estimates the long-memory parameter α, which governs the decay of temporal correlations. Computation is performed in the wavelet domain, where the covariance has a near-diagonal structure and coefficient variances exhibit a scale-dependent progression determined by α, enabling efficient posterior inference via MCMC. We apply this framework to the ADHD-200 dataset and identify significant associations between long-memory parameters and age in children, particularly in the hippocampus and anterior lobe regions.
Inférence bayésienne pour les processus à mémoire longue variant dans l'espace en IRMf
L'IRM fonctionnelle mesure l'activité cérébrale à l'aide du signal BOLD (« Blood Oxygen Level Dependent »), une série chronologique reflétant les changements d'oxygénation du sang au niveau de chaque voxel. Des travaux antérieurs ont montré que les signaux BOLD présentent un comportement sans échelle sur les bandes de basses fréquences, ce qui correspond à une dépendance temporelle à longue portée. Pour modéliser cette dépendance temporelle, nous développons un cadre bayésien voxel par voxel qui traite chaque série chronologique comme un processus gaussien à longue mémoire et estime le paramètre de longue mémoire α, qui régit la décroissance des corrélations temporelles. Le calcul est effectué dans le domaine des ondelettes, où la covariance a une structure quasi diagonale et où les variances des coefficients présentent une progression dépendante de l'échelle déterminée par α, ce qui permet une inférence a posteriori efficace via MCMC. Nous appliquons ce cadre à l'ensemble de données ADHD-200 et identifions des associations significatives entre les paramètres de mémoire longue et l'âge chez les enfants, en particulier dans les régions de l'hippocampe et du lobe antérieur.
Date and Time
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Langue de la présentation orale
Anglais
Langue des supports visuels
Anglais