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Enregistrement W3133501805 · doi:10.1186/s13195-021-00879-4

Data analysis with Shapley values for automatic subject selection in Alzheimer’s disease data sets using interpretable machine learning

2021· article· en· W3133501805 sur OpenAlexfundno aff
Louise Bloch, Christoph M. Friedrich

Notice bibliographique

RevueAlzheimer s Research & Therapy · 2021
Typearticle
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-clésOverfittingArtificial intelligenceMachine learningFeature selectionRandom forestComputer scienceTest setCross-validationNeuroimagingData miningMedicineArtificial neural network

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: For the recruitment and monitoring of subjects for therapy studies, it is important to predict whether mild cognitive impaired (MCI) subjects will prospectively develop Alzheimer's disease (AD). Machine learning (ML) is suitable to improve early AD prediction. The etiology of AD is heterogeneous, which leads to high variability in disease patterns. Further variability originates from multicentric study designs, varying acquisition protocols, and errors in the preprocessing of magnetic resonance imaging (MRI) scans. The high variability makes the differentiation between signal and noise difficult and may lead to overfitting. This article examines whether an automatic and fair data valuation method based on Shapley values can identify the most informative subjects to improve ML classification. METHODS: An ML workflow was developed and trained for a subset of the Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) cohort. The validation was executed for an independent ADNI test set and for the Australian Imaging, Biomarker and Lifestyle Flagship Study of Ageing (AIBL) cohort. The workflow included volumetric MRI feature extraction, feature selection, sample selection using Data Shapley, random forest (RF), and eXtreme Gradient Boosting (XGBoost) for model training as well as Kernel SHapley Additive exPlanations (SHAP) values for model interpretation. RESULTS: The RF models, which excluded 134 of the 467 training subjects based on their RF Data Shapley values, outperformed the base models that reached a mean accuracy of 62.64% by 5.76% (3.61 percentage points) for the independent ADNI test set. The XGBoost base models reached a mean accuracy of 60.00% for the AIBL data set. The exclusion of those 133 subjects with the smallest RF Data Shapley values could improve the classification accuracy by 2.98% (1.79 percentage points). The cutoff values were calculated using an independent validation set. CONCLUSION: The Data Shapley method was able to improve the mean accuracies for the test sets. The most informative subjects were associated with the number of ApolipoproteinE ε4 (ApoE ε4) alleles, cognitive test results, and volumetric MRI measurements.

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 distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,004
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesCharge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Observationnel · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,873
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0040,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0010,003
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0010,001
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 Opus0,269
Tête enseignante GPT0,475
Écart entre enseignants0,206 · 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 tête enseignante, pas un consensus.

Devis d'étudeObservationnel
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

Citations64
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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