Deep Learning on MRI Affirms the Prominence of the Hippocampal Formation in Alzheimer's Disease Classification
Notice bibliographique
Résumé
Deep learning techniques on MRI scans have demonstrated great potential to improve the diagnosis of neurological diseases. Here, we investigate the application of 3D deep convolutional neural networks (CNNs) for classifying Alzheimer's disease (AD) based on structural MRI data. In particular, we take on two challenges that are under-explored in the literature on deep learning for neuroimaging. First deep neural networks typically require large-scale data that is not always available in medical studies. Therefore, we explore the use of including longitudinal scans in classification studies, greatly increasing the amount of data for training and improving the generalization performance of our classifiers. Moreover, previous studies applying deep learning to classifying Alzheimer's disease from neuroimaging have typically addressed classification based on whole brain volumes but stopped short of performing in-depth regional analyses to localize the most predictive areas. Additionally, we show a deep net trained to distinguish between AD and cognitively normal subjects can be applied to classify mild cognitive impairment patients, with classification scores aligning empirically with the likelihood of progression to AD. Our initial results demonstrate both that we can classify AD with an area under the receiver operator characteristic curve (AUROC) of .990 and that we can predict conversion to AD among patients in the MCI subgroup with an AURUC of 0.787. We then localize the predictive regions, by performing both saliency-based interpretation and rigorous slice and lobar level ablation studies. Interestingly, our regional analyses identified the hippocampal formation, including the entorhinal cortex, to be the most predictive region for our models. This finding adds evidence that the hippocampal formation is an anatomical seat of AD and a prominent feature in its diagnosis. Together, the results of this study further demonstrate the potential of deep learning to impact AD classification and to identify AD's structural neuroimaging signatures. The proposed classification and regional analyses methods constitute a general framework that can easily be applied to other disorders and imaging modalities.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».