SPM8 Manual
The FIL Methods Group
(and honorary members)
John Ashburner
Gareth Barnes
Chun-Chuan Chen
Jean Daunizeau
Guillaume Flandin
Karl Friston
Stefan Kiebel
James Kilner
Vladimir Litvak
Rosalyn Moran
Will Penny
Maria Rosa
Klaas Stephan
Darren Gitelman
Rik Henson
Chloe Hutton
Volkmar Glauche
J´er´emie Mattout
Christophe Phillips
Functional Imaging Laboratory
Wellcome Trust Centre for Neuroimaging
Institute of Neurology, UCL
12 Queen Square, London WC1N 3BG, UK
February 4, 2013
http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/
2
Contents
I Temporal processing 17
1 Slice Timing 19
1.1 Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.1.1 Session . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.2 Number of Slices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.3 TR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.4 TA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.5 Slice order . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.6 Reference Slice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.7 Filename Prefix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
II Spatial processing 23
2 Realign 25
2.1 Realign: Estimate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.1.1 Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.1.2 Estimation Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2 Realign: Reslice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.1 Images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.2 Reslice Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.3 Realign: Estimate & Reslice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3.1 Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3.2 Estimation Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3.3 Reslice Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3 Realign & Unwarp 31
3.1 Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.1.1 Session . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2 Estimation Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2.1 Quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2.2 Separation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2.3 Smoothing (FWHM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2.4 Num Passes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2.5 Interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2.6 Wrapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2.7 Weighting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3 Unwarp Estimation Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3.1 Basis Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3.2 Regularisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3.3 Reg. Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3.4 Jacobian deformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3.5 First-order effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.3.6 Second-order effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.3.7 Smoothing for unwarp (FWHM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3
4 CONTENTS
3.3.8 Re-estimate movement params . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.3.9 Number of Iterations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.3.10 Taylor expansion point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.4 Unwarp Reslicing Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.4.1 Resliced images (unwarp)? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.4.2 Interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.4.3 Wrapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.4.4 Masking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.4.5 Filename Prefix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4 Coregister 39
4.1 Coregister: Estimate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.1.1 Reference Image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.1.2 Source Image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.1.3 Other Images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.1.4 Estimation Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.2 Coregister: Reslice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.2.1 Image Defining Space . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.2.2 Images to Reslice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.2.3 Reslice Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.3 Coregister: Estimate & Reslice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.3.1 Reference Image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.3.2 Source Image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.3.3 Other Images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.3.4 Estimation Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.3.5 Reslice Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5 Segment 43
5.1 Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.2 Output Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.2.1 Grey Matter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.2.2 White Matter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.2.3 Cerebro-Spinal Fluid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.2.4 Bias Corrected . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.2.5 Clean up any partitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.3 Custom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.3.1 Tissue probability maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.3.2 Gaussians per class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5.3.3 Affine Regularisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5.3.4 Warping Regularisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5.3.5 Warp Frequency Cutoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.3.6 Bias regularisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.3.7 Bias FWHM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.3.8 Sampling distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.3.9 Masking image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
6 Normalise 51
6.1 Normalise: Estimate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6.1.1 Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6.1.2 Estimation Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6.2 Normalise: Write . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6.2.1 Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6.2.2 Writing Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
6.3 Normalise: Estimate & Write . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
6.3.1 Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
6.3.2 Estimation Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
6.3.3 Writing Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
CONTENTS 5
7 Smooth 57
7.1 Images to Smooth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
7.2 FWHM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
7.3 Data Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
7.4 Implicit masking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
7.5 Filename Prefix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
III fMRI Statistics 59
8 fMRI model specification 61
8.1 Timing parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
8.1.1 Units for design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
8.1.2 Interscan interval . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
8.1.3 Microtime resolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
8.1.4 Microtime onset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
8.2 Data & Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
8.2.1 Subject/Session . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
8.3 Factorial design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
8.3.1 Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
8.4 Basis Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
8.4.1 Canonical HRF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
8.4.2 Other basis sets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
8.5 Model Interactions (Volterra) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
8.6 Directory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
8.7 Global normalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
8.8 Explicit mask . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
8.9 Serial correlations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
8.10 Reviewing your design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
9 fMRI model estimation 71
9.1 Select SPM.mat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
9.2 Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
9.2.1 Classical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
9.2.2 Bayesian 1st-level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
9.2.3 Bayesian 2nd-level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
9.3 Output files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
9.3.1 Classical 1st-level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
9.3.2 Bayesian 1st-level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
9.4 Model comparison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
10 Factorial design specification 79
10.1 Directory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
10.2 Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
10.2.1 One-sample t-test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
10.2.2 Two-sample t-test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
10.2.3 Paired t-test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
10.2.4 Multiple regression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
10.2.5 One-way ANOVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
10.2.6 One-way ANOVA - within subject . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
10.2.7 Full factorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
10.2.8 Flexible factorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
10.3 Covariates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
10.3.1 Covariate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
10.4 Masking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
10.4.1 Threshold masking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
10.4.2 Implicit Mask . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
