Fractal dimension of cerebral white matter: A consistent feature for prediction of the cognitive performance in patients with small vessel disease and mild cognitive impairment
Notice bibliographique
Résumé
Patients with cerebral small vessel disease (SVD) frequently show decline in cognitive performance. However, neuroimaging in SVD patients discloses a wide range of brain lesions and alterations so that it is often difficult to understand which of these changes are the most relevant for cognitive decline. It has also become evident that visually-rated alterations do not fully explain the neuroimaging correlates of cognitive decline in SVD. Fractal dimension (FD), a unitless feature of structural complexity that can be computed from high-resolution T1-weighted images, has been recently applied to the neuroimaging evaluation of the human brain. Indeed, white matter (WM) and cortical gray matter (GM) exhibit an inherent structural complexity that can be measured through the FD. In our study, we included 64 patients (mean age ± standard deviation, 74.6 ± 6.9, education 7.9 ± 4.2 years, 53% males) with SVD and mild cognitive impairment (MCI), and a control group of 24 healthy subjects (mean age ± standard deviation, 72.3 ± 4.4 years, 50% males). With the aim of assessing whether the FD values of cerebral WM (WM FD) and cortical GM (GM FD) could be valuable structural predictors of cognitive performance in patients with SVD and MCI, we employed a machine learning strategy based on LASSO (least absolute shrinkage and selection operator) regression applied on a set of standard and advanced neuroimaging features in a nested cross-validation (CV) loop. This approach was aimed at 1) choosing the best predictive models, able to reliably predict the individual neuropsychological scores sensitive to attention and executive dysfunctions (prominent features of subcortical vascular cognitive impairment) and 2) identifying a features ranking according to their importance in the model through the assessment of the out-of-sample error. For each neuropsychological test, using 1000 repetitions of LASSO regression and 5000 random permutations, we found that the statistically significant models were those for the Montreal Cognitive Assessment scores (p-value = .039), Symbol Digit Modalities Test scores (p-value = .039), and Trail Making Test Part A scores (p-value = .025). Significant prediction of these scores was obtained using different sets of neuroimaging features in which the WM FD was the most frequently selected feature. In conclusion, we showed that a machine learning approach could be useful in SVD research field using standard and advanced neuroimaging features. Our study results raise the possibility that FD may represent a consistent feature in predicting cognitive decline in SVD that can complement standard imaging.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,005 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 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 | 0,000 |
| 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».