低樣本量減少以任務為基礎的腦功能磁共振研究的複製性

論文標題：Small sample sizes reduce the replicability of task-based fMRI studies

作者：Aron K. Barbey et al

數字識別碼：10.1038/s42003-018-0073-z

《通訊-生物學》發表的一項名為Small sample sizes reduce the replicability of task-based fMRI studies的研究，其中描述了美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的Aron Barbey的團隊針對樣本量對腦功能磁共振數據的複製性的影響。

以任務為基礎的腦功能磁共振在神經科學界有普遍的應用，旨在觀察研究對象在做認知性任務時腦部的血氧水平，從而研究不同的任務和不同腦部區域活動之間的聯繫。

專家對腦功能磁共振研究的樣本量之低表示關注已久，但是由於認知神經科學界一直沒有在腦功能磁共振的實驗設計的標準上達成共識，樣本量低這個狀況被延續至今。

Aron Barbey的團隊的先採集和分析超過200個樣本的多種腦功能磁共振數據。然後，他們從樣本池裡隨機抽取16，25，36，49，64，81，100個樣本組成不同的數據組，然後分別比較每個數據組是否能夠複製從原來的樣本池得出的分析。他們發現，樣本量在30個左右時得出的分析的複製性不大，樣本量甚至要超過100才會有很強的複製性。這也解釋了很多意在複製以前數據的實驗最後變成了對以前研究結果的挑戰的狀況。

Barbey博士認為，導致現況有幾個原因。首先，腦功能磁共振是一個昂貴的研究手段，所以資金直接限制了研究者擴大樣本量的能力。從2011至2014年，大多數的腦功能磁共振研究的樣本量不超過100人，其樣本量的中間值是30。另外的原因包括神經科學和心理學的研究者不清楚對腦功能磁共振數據和其他行為研究的統計分析的差別。雖然每個實驗對象的腦功能磁共振實驗數據的有很高的準確性，但這和整個實驗群的數據複製性沒有關係。

因此，Barbey 博士的團隊建議研究機構或實驗室加強合作，把擁有的資源和實驗對象合併，以增加樣本量，樣本的多樣性和實驗數據的複製性。

摘要：Despite a growing body of research suggesting that task-based functional magnetic resonance imaging (fMRI) studies often suffer from a lack of statistical power due to too-small samples, the proliferation of such underpowered studies continues unabated. Using large independent samples across eleven tasks, we demonstrate the impact of sample size on replicability, assessed at different levels of analysis relevant to fMRI researchers. We find that the degree of replicability for typical sample sizes is modest and that sample sizes much larger than typical (e.g., N = 100) produce results that fall well short of perfectly replicable. Thus, our results join the existing line of work advocating for larger sample sizes. Moreover, because we test sample sizes over a fairly large range and use intuitive metrics of replicability, our hope is that our results are more understandable and convincing to researchers who may have found previous results advocating for larger samples inaccessible.

期刊介紹：Communications Biologyis an open access journal from Nature Research publishing high-quality research, reviews and commentary in all areas of the biological sciences. Research papers published by the journal represent significant advances bringing new biological insight to a specialized area of research.

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