Nature子刊:新研究!人工智能提供更清晰的功能MRI脑数据

功能磁共振成像(fMRI)是研究人类脑功能的重要工具,但其数据长期受到噪声干扰的制约。比如,头部微动、呼吸与心跳等生理因素,以及扫描仪器本身的波动,都会影响 BOLD 信号的信噪比,从而影响脑功能定位、功能连接分析及结果的可重复性。尽管已有CompCor、ICA 等多种去噪方法被广泛使用,但这些方法大多依赖线性假设或人工规则,难以有效分离复杂、非线性的噪声成分。因此,亟需一种能够在保留真实神经信号的同时系统性去除噪声的新方法。

2025年11月28日,波士顿学院心理学与神经科学系的Yu Zhu、Aidas Aglinskas(共同第一作者)与Stefano Anzellotti(通讯作者)在 Nature Methods(IF=32.1)上发表了题为 "DeepCor: denoising fMRI data with contrastive autoencoders" 的文章。论文提出了一种基于生成式人工智能的fMRI 去噪框架 ------ DeepCor。该方法利用对比自编码器(contrastive autoencoder),从数据本身学习神经信号与非神经噪声之间的统计差异,从而实现更精准的信号重建。

与传统方法不同,DeepCor并不预先定义噪声模型,而是通过对比学习机制,利用"灰质区域(富含神经活动)与非神经区域(如脑室,主要反映噪声)"之间的差异,自动提取跨区域共享的噪声成分,并在重建过程中将其剔除。这样既避免了过度去噪,也最大程度保留了真实脑活动信息。

实验结果表明,DeepCor在模拟数据上的噪声去除性能相比传统方法提升约 339%;在真实人类 fMRI 数据中,相较常用的 CompCor 方法,去噪效果提升约 215%。去噪后的数据表现出更清晰的激活模式和更稳定的功能连接结构,显著提高了后续分析的可靠性。

图1 DeepCor工作流程概述及其在简单合成数据集上的表现

图2 DeepCor在BrainIAK模拟数据和真实fMRI数据上的性能评估

总之,DeepCor 为 fMRI 数据预处理提供了一种全新的 AI 驱动思路,不仅显著提升了脑功能成像的清晰度,也增强了神经影像研究结果的稳定性与可重复性。该方法有望广泛应用于大规模脑影像数据库及临床研究中,为脑功能异常的精细表征提供更可靠的数据基础。

参考文献

Zhu, Y., Aglinskas, A. & Anzellotti, S. DeepCor: denoising fMRI data with contrastive autoencoders. Nat Methods(2025). https://doi.org/10.1038/s41592-025-02967-x

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