Use of Deep-Learning Genomics to Discriminate Healthy Individuals from Those with Alzheimer’s Disease or Mild Cognitive Impairment
Notice bibliographique
Résumé
OBJECTIVES: Alzheimer's disease (AD) is the most prevalent neurodegenerative disorder and the most common form of dementia in the elderly. Certain genes have been identified as important clinical risk factors for AD, and technological advances in genomic research, such as genome-wide association studies (GWAS), allow for analysis of polymorphisms and have been widely applied to studies of AD. However, shortcomings of GWAS include sensitivity to sample size and hereditary deletions, which result in low classification and predictive accuracy. Therefore, this paper proposes a novel deep-learning genomics approach and applies it to multitasking classification of AD progression, with the goal of identifying novel genetic biomarkers overlooked by traditional GWAS analysis. METHODS: In this study, we selected genotype data from 1461 subjects enrolled in the Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative, including 622 AD, 473 mild cognitive impairment (MCI), and 366 healthy control (HC) subjects. The proposed deep-learning genomics (DLG) approach consists of three steps: quality control, coding of single-nucleotide polymorphisms, and classification. The ResNet framework was used for the DLG model, and the results were compared with classifications by simple convolutional neural network structure. All data were randomly assigned to one training/validation group and one test group at a ratio of 9 : 1. And fivefold cross-validation was used. RESULTS: We compared classification results from the DLG model to those from traditional GWAS analysis among the three groups. For the AD and HC groups, the accuracy, sensitivity, and specificity of classification were, respectively, 98.78 ± 1.50%, 98.39% ± 2.50%, and 99.44% ± 1.11% using the DLG model, while 71.38% ± 0.63%, 63.13% ± 2.87%, and 85.59% ± 6.66% using traditional GWAS. Similar results were obtained from the other two intergroup classifications. CONCLUSION: The DLG model can achieve higher accuracy and sensitivity when applied to progression of AD. More importantly, we discovered several novel genetic biomarkers of AD progression, including rs6311 and rs6313 in HTR2A, rs1354269 in NAV2, and rs690705 in RFC3. The roles of these novel loci in AD should be explored in future research.
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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 | 0,002 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 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 | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| 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 ».