Comparison of Transfer Learning and Conventional Machine Learning Applied to Structural Brain MRI for the Early Diagnosis and Prognosis of Alzheimer's Disease
Notice bibliographique
Résumé
Alzheimer's Disease (AD) is the most common neurodegenerative disease, with 10% prevalence in the elder population. Conventional Machine Learning (ML) was proven effective in supporting the diagnosis of AD, while very few studies investigated the performance of deep learning and transfer learning in this complex task. In this paper, we evaluated the potential of ensemble transfer-learning techniques, pretrained on generic images and then transferred to structural brain MRI, for the early diagnosis and prognosis of AD, with respect to a fusion of conventional-ML approaches based on Support Vector Machine directly applied to structural brain MRI. Specifically, more than 600 subjects were obtained from the ADNI repository, including AD, Mild Cognitive Impaired converting to AD (MCIc), Mild Cognitive Impaired not converting to AD (MCInc), and cognitively-normal (CN) subjects. We used T1-weighted cerebral-MRI studies to train: (1) an ensemble of five transfer-learning architectures pretrained on generic images; (2) a 3D Convolutional Neutral Network (CNN) trained from scratch on MRI volumes; and (3) a fusion of two conventional-ML classifiers derived from different feature extraction/selection techniques coupled to SVM. The AD-vs-CN, MCIc-vs-CN, MCIc-vs-MCInc comparisons were investigated. The ensemble transfer-learning approach was able to effectively discriminate AD from CN with 90.2% AUC, MCIc from CN with 83.2% AUC, and MCIc from MCInc with 70.6% AUC, showing comparable or slightly lower results with the fusion of conventional-ML systems (AD from CN with 93.1% AUC, MCIc from CN with 89.6% AUC, and MCIc from MCInc with AUC in the range of 69.1-73.3%). The deep-learning network trained from scratch obtained lower performance than either the fusion of conventional-ML systems and the ensemble transfer-learning, due to the limited sample of images used for training. These results open new prospective on the use of transfer learning combined with neuroimages for the automatic early diagnosis and prognosis of AD, even if pretrained on generic images.
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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 | 0,004 | 0,006 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 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 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 ».