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Enregistrement W3016470865 · doi:10.1101/2020.04.15.043315

TOWARD A CONNECTIVITY GRADIENT-BASED FRAMEWORK FOR REPRODUCIBLE BIOMARKER DISCOVERY

2020· preprint· en· W3016470865 sur OpenAlexafffund
Seok‐Jun Hong, Ting Xu, Aki Nikolaidis, Jonathan Smallwood, Daniel S. Margulies, Boris C. Bernhardt, Joshua T Vogelstein, Michael P. Milham

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2020
Typepreprint
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueFunctional Brain Connectivity Studies
Établissements canadiensMcGill UniversityMontreal Neurological Institute and Hospital
Organismes subventionnairesCentre Azrieli de recherche sur l'autisme, Institut et Hôpital Neurologiques de MontréalNational Institute of Mental HealthNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaCanadian Institutes of Health ResearchHospital for Sick ChildrenInstitute for Basic ScienceCanada Research ChairsNational Alliance for Research on Schizophrenia and Depression
Mots-clésDimensionality reductionBiomarker discoveryReliability (semiconductor)Human Connectome ProjectComputer sciencePrincipal component analysisArtificial intelligencePattern recognition (psychology)Functional connectivityBiomarkerCurse of dimensionalityData miningBiologyNeuroscienceGenetics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

A bstract Despite myriad demonstrations of feasibility, the high dimensionality of fMRI data remains a critical barrier to its utility for reproducible biomarker discovery. Recent studies applying dimensionality reduction techniques to resting-state fMRI (R-fMRI) have unveiled neurocognitively meaningful connectivity gradients that are present in both human and primate brains, and appear to differ meaningfully among individuals and clinical populations. Here, we provide a critical assessment of the suitability of connectivity gradients for biomarker discovery. Using the Human Connectome Project (discovery subsample=209; two replication subsamples= 209×2) and the Midnight scan club (n=9), we tested the following key biomarker traits – reliability, reproducibility and predictive validity – of functional gradients. In doing so, we systematically assessed the effects of three analytical settings, including i ) dimensionality reduction algorithms ( i.e ., linear vs . non-linear methods), ii ) input data types ( i.e ., raw time series, [un-]thresholded functional connectivity), and iii ) amount of the data (R-fMRI time-series lengths). We found that the reproducibility of functional gradients across algorithms and subsamples is generally higher for those explaining more variances of whole-brain connectivity data, as well as those having higher reliability. Notably, among different analytical settings, a linear dimensionality reduction (principal component analysis in our study), more conservatively thresholded functional connectivity ( e.g ., 95-97%) and longer time-series data (at least ≥20mins) was found to be preferential conditions to obtain higher reliability. Those gradients with higher reliability were able to predict unseen phenotypic scores with a higher accuracy, highlighting reliability as a critical prerequisite for validity. Importantly, prediction accuracy with connectivity gradients exceeded that observed with more traditional edge-based connectivity measures, suggesting the added value of a low-dimensional gradient approach. Finally, the present work highlights the importance and benefits of systematically exploring the parameter space for new imaging methods before widespread deployment. H ighlights - There is a growing need to identify benchmark parameters in advancing functional connectivity gradients into a reliable biomarker. - Here, we explored multidimensional parameter space in calculating functional gradients to improve their reproducibility, reliability and predictive validity. - We demonstrated that more reproducible and reliable gradient markers tend to have higher predictive power for unseen phenotypic scores across various cognitive domains. - We showed that the low-dimensional connectivity gradient approach could outperform raw edge-based analyses in terms of predicting phenotypic scores. - We highlight the necessity of optimizing parameters for new imaging methods before their widespread deployment.

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)0,023
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,050
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMétarecherche
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: Reproductibilité · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Théorique ou conceptuel · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,977
Score d'incertitude au seuil0,124

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0230,050
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0030,002
Bibliométrie0,0050,003
Études des sciences et des technologies0,0010,004
Communication savante0,0050,004
Science ouverte0,0040,005
Intégrité de la recherche0,0030,005
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

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 Opus0,076
Tête enseignante GPT0,273
Écart entre enseignants0,197 · 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.

Devis d'étudeThéorique ou conceptuel
DomaineReproductibilité
GenreMéthodes

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

En bref

Citations16
Publié2020
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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