MétaCan
Menu
Retour à la cohorte
Enregistrement W3125069671 · doi:10.1038/s41598-021-82098-3

A multilayer multimodal detection and prediction model based on explainable artificial intelligence for Alzheimer’s disease

2021· article· en· W3125069671 sur OpenAlexfundno aff
Shaker El–Sappagh, José M. Alonso, S. M. Riazul Islam, Ahmed Sultan, Kyung Sup Kwak

Notice bibliographique

RevueScientific Reports · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueMachine Learning in Healthcare
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesNational Institute on AgingNational Institute of Biomedical Imaging and BioengineeringCanadian Institutes of Health ResearchGenentechNational Institutes of HealthIXICOH. Lundbeck A/SServierEisaiMeso Scale DiagnosticsNational Research Foundation of KoreaNational Research FoundationMinisterio de Ciencia, Innovación y UniversidadesNorthern California Institute for Research and EducationMinistry of Science and ICT, South KoreaPfizerBiogenBioClinicaF. Hoffmann-La RocheUniversity of Southern CaliforniaEuropean Regional Development FundMansoura UniversityEli Lilly and CompanyU.S. Department of DefenseAlzheimer's Disease Neuroimaging InitiativeNovartis Pharmaceuticals CorporationBristol-Myers SquibbAlzheimer's AssociationFoundation for the National Institutes of Health
Mots-clésNeuroimagingArtificial intelligenceRandom forestComputer scienceClassifier (UML)DementiaMachine learningBinary classificationDiseaseCognitive impairmentModalitiesCognitionSet (abstract data type)PsychologyMedicinePsychiatryPathologySupport vector machine

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Alzheimer's disease (AD) is the most common type of dementia. Its diagnosis and progression detection have been intensively studied. Nevertheless, research studies often have little effect on clinical practice mainly due to the following reasons: (1) Most studies depend mainly on a single modality, especially neuroimaging; (2) diagnosis and progression detection are usually studied separately as two independent problems; and (3) current studies concentrate mainly on optimizing the performance of complex machine learning models, while disregarding their explainability. As a result, physicians struggle to interpret these models, and feel it is hard to trust them. In this paper, we carefully develop an accurate and interpretable AD diagnosis and progression detection model. This model provides physicians with accurate decisions along with a set of explanations for every decision. Specifically, the model integrates 11 modalities of 1048 subjects from the Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) real-world dataset: 294 cognitively normal, 254 stable mild cognitive impairment (MCI), 232 progressive MCI, and 268 AD. It is actually a two-layer model with random forest (RF) as classifier algorithm. In the first layer, the model carries out a multi-class classification for the early diagnosis of AD patients. In the second layer, the model applies binary classification to detect possible MCI-to-AD progression within three years from a baseline diagnosis. The performance of the model is optimized with key markers selected from a large set of biological and clinical measures. Regarding explainability, we provide, for each layer, global and instance-based explanations of the RF classifier by using the SHapley Additive exPlanations (SHAP) feature attribution framework. In addition, we implement 22 explainers based on decision trees and fuzzy rule-based systems to provide complementary justifications for every RF decision in each layer. Furthermore, these explanations are represented in natural language form to help physicians understand the predictions. The designed model achieves a cross-validation accuracy of 93.95% and an F1-score of 93.94% in the first layer, while it achieves a cross-validation accuracy of 87.08% and an F1-Score of 87.09% in the second layer. The resulting system is not only accurate, but also trustworthy, accountable, and medically applicable, thanks to the provided explanations which are broadly consistent with each other and with the AD medical literature. The proposed system can help to enhance the clinical understanding of AD diagnosis and progression processes by providing detailed insights into the effect of different modalities on the disease risk.

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)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,004
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: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,023
Score d'incertitude au seuil0,045

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,004
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,002
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0020,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0030,000

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 Opus0,045
Tête enseignante GPT0,312
Écart entre enseignants0,266 · 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

Citations344
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

Explorer davantage

Même revueScientific ReportsMême sujetMachine Learning in HealthcareTravaux en français237 207