Quantifying Neurodegenerative Progression With DeepSymNet, an End-to-End Data-Driven Approach
Notice bibliographique
Résumé
Alzheimer's disease (AD) is the most common neurodegenerative disorder worldwide and is one of the leading sources of morbidity and mortality in the aging population. There is a long preclinical period followed by mild cognitive impairment (MCI). Clinical diagnosis and the rate of decline is variable. Progression monitoring remains a challenge in AD, and it is imperative to create better tools to quantify this progression. Brain magnetic resonance imaging (MRI) is commonly used for patient assessment. However, current approaches for analysis require strong a priori assumptions about regions of interest used and complex preprocessing pipelines including computationally expensive non-linear registrations and iterative surface deformations. These preprocessing steps are composed of many stacked processing layers. Any error or bias in an upstream layer will be propagated throughout the pipeline. Failures or biases in the non-linear subject registration and the subjective choice of atlases of specific regions are common in medical neuroimaging analysis and may hinder the translation of many approaches to the clinical practice. Here we propose a data-driven method based on an extension of a deep learning architecture, DeepSymNet, that identifies longitudinal changes without relying on prior brain regions of interest, an atlas, or non-linear registration steps. Our approach is trained end-to-end and learns how a patient's brain structure dynamically changes between two-time points directly from the raw voxels. We compare our approach with Freesurfer longitudinal pipelines and voxel-based methods using the Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) database. Our model can identify AD progression with comparable results to existing Freesurfer longitudinal pipelines without the need of predefined regions of interest, non-rigid registration algorithms, or iterative surface deformation at a fraction of the processing time. When compared to other voxel-based methods which share some of the same benefits, our model showed a statistically significant performance improvement. Additionally, we show that our model can differentiate between healthy subjects and patients with MCI. The model's decision was investigated using the epsilon layer-wise propagation algorithm. We found that the predictions were driven by the pallidum, putamen, and the superior temporal gyrus. Our novel longitudinal based, deep learning approach has the potential to diagnose patients earlier and enable new computational tools to monitor neurodegeneration in clinical practice.
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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 | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 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 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 ».