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Enregistrement W2981852549 · doi:10.1101/813899

Detecting prodromal Alzheimer’s disease with MRI through deep learning

2019· preprint· en· W2981852549 sur OpenAlexfundno aff
Xinyang Feng, Frank A. Provenzano, Scott A. Small

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2019
Typepreprint
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueDementia and Cognitive Impairment Research
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesNational Institute of Biomedical Imaging and BioengineeringCanadian Institutes of Health ResearchNational Institutes of HealthGenentechIXICOH. Lundbeck A/SServierEisaiNorthern California Institute for Research and EducationBioClinicaF. Hoffmann-La RocheUniversity of Southern CaliforniaBiogenU.S. Department of DefenseMeso Scale DiagnosticsAlzheimer's Disease Neuroimaging InitiativeNovartis Pharmaceuticals CorporationPfizerEli Lilly and CompanyBristol-Myers SquibbNational Institute on AgingAlzheimer's AssociationFoundation for the National Institutes of Health
Mots-clésDementiaDeep learningBiomarkerDiseaseAlzheimer's Disease Neuroimaging InitiativeNeuroscienceMedicineProdromal StagePsychologyAlzheimer's diseaseArtificial intelligencePathologyComputer scienceBiology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

ABSTRACT Deep learning applied to MRI for Alzheimer’s classification is hypothesized to improve if the deep learning model implicates disease’s pathophysiology. The challenge in testing this hypothesis is that large-scale data are required to train this type of model. Here, we overcome this challenge by using a novel data augmentation strategy and show that our MRI-based deep learning model classifies Alzheimer’s dementia with high accuracy. Moreover, a class activation map was found dominated by signal from the hippocampal formation, a site where Alzheimer’s pathophysiology begins. Next, we tested the model’s performance in prodromal Alzheimer’s when patients present with mild cognitive impairment (MCI). We retroactively dichotomized a large cohort of MCI patients who were followed for up to 10 years into those with and without prodromal Alzheimer’s at baseline and used the dementia-derived model to generate individual ‘deep learning MRI’ scores. We compared the two groups on these scores, and on other biomarkers of amyloid pathology, tau pathology, and neurodegeneration. The deep learning MRI scores outperformed nearly all other biomarkers, including—unexpectedly—biomarkers of amyloid or tau pathology, in classifying prodromal disease and in predicting clinical progression. Providing a mechanistic explanation, the deep learning MRI scores were found to be linked to regional tau pathology, through investigations using cross-sectional, longitudinal, premortem and postmortem data. Our findings validate that a disease’s known pathophysiology can improve the design and performance of deep learning models. Moreover, by showing that deep learning can extract useful biomarker information from conventional MRIs, the advantages of this model extend practically, potentially reducing patient burden, risk, and cost.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,008

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0000,001
Intégrité de la recherche0,0000,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,019
Tête enseignante GPT0,267
Écart entre enseignants0,247 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2019
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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