Analyzing Brain Morphology in Alzheimer’s Disease Using Discriminative and Generative Spiral Networks
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Several patterns of atrophy have been identified and strongly related to Alzheimer’s disease (AD) pathology and its progression. Morphological changes in brain shape have been identified up to ten years before clinical diagnoses of AD, making its early detection more relevant. We propose novel geometric deep learning frameworks for the analysis of brain shape in the context of neurodegeneration caused by AD. Our deep neural networks learn low-dimensional shape descriptors of multiple neuroanatomical structures, instead of handcrafted features for each structure. A discriminative network using spiral convolution on 3D meshes is constructed for the in-vivo binary classification of AD from healthy controls (HCs) using a fast and efficient “spiral” convolution operator on 3D triangular mesh surfaces of human brain subcortical structures extracted from T1-weighted magnetic resonance imaging (MRI). Our network architecture consists of modular learning blocks using residual connections to improve overall classifier performance. In this work: (1) a discriminative network is used to analyze the efficacy of disease classification using input data from multiple brain structures and compared to using a single hemisphere or a single structure. It also outperforms prior work using spectral graph convolution on the same the same tasks, as well as alternative methods that operate on intermediate point cloud representations of 3D shapes. (2) Additionally, visual interpretations for regions on the surface of brain structures that are associated to true positive AD predictions are generated and fall in accordance with the current reports on the structural localization of pathological changes associated to AD. (3) A conditional generative network is also implemented to analyze the effects of phenotypic priors given to the model (i.e. AD diagnosis) in generating subcortical structures. The generated surface meshes by our model indicate learned morphological differences in the presence of AD that agrees with the current literature on patterns of atrophy associated to the disease. In particular, our inference results demonstrate an overall reduction in subcortical mesh volume and surface area in the presence of AD, especially in the hippocampus. The low-dimensional shape descriptors obtained by our generative model are also evaluated in our discriminative baseline comparisons versus our discriminative network and the alternative shape-based approaches.
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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 | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 ».