A Multimodal Neuroimaging Approach for Classification and Prediction of Alzheimer's Disease Using Machine Learning
Notice bibliographique
Résumé
Alzheimer’s disease (AD) is one of the most common neurodegenerative disorders among the elderly population. It is progressive, irreversible in nature, and is considered the main cause of dementia. AD has become a world health problem affecting developed and developing nations alike, with the number of diagnosed AD patients increasing rather dramatically as both the life span of humans and the earth’s population continue to increase. Therefore, AD diagnosis in its earliest manifestations, preferably at the presymptomatic stage is critical for the timely planning of treatment and therapeutic interventions. We introduce new machine learning algorithms to detect and predict Alzheimer’s disease in the early phase to include the presymptomatic stage where no manifestation of cognitive decline is yet apparent. An investigation is carried out in search of optimal feature selection methods on different machine learning platforms with the intent to address the challenging classification and regression analysis. This research endeavor introduces three machine learning platforms that are based on (1) deep neural network, (2) support vector machine (SVM), and (3) Gaussian-based model classifiers all optimized in order to delineate the different stages of the disease as well as a regression framework to predict future cognitive scores as means to gauge disease progression, which could play an important role in pre-and post-treatment evaluations. The input data to these machine learning architectures included magnetic resonance imaging (MRI), positron emission tomography (PET), the metabolic fluorodeoxyglucose (FDG)-PET, cognitive scores, cerebrospinal fluid (CSF), and the apolipoprotein E4 (APOE4) gene. An investigation is carried out on the transition phases of AD through regression analysis by predicting cognitive tests including Alzheimer’s disease assessment scale cognitive subscale (ADAS-Cog), Mini-mental state examination (MMSE), and Rey’s auditory verbal learning (RAVLT) that have been designed and used as important criteria to evaluate cognitive status of AD patients. We formulated the prediction of disease progression as a multimodal multitask regression problem across six time points in a 4-year longitudinal study. Major findings of this work reveal that for binary classification, the highest accuracy of 84% for delineating the challenging group of early mild cognitively impaired individuals (EMCI) from the cognitively normal (CN) group is obtained. With multiclass classification using deep neural network methodology, especially when early and late MCI (EMCI and LMCI) groups are included, the accuracy does not exceed 70%, which clearly explains the many nuances in the transition phases of the disease, especially in the early stages. Moreover, the episodic
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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 | 0,001 | 0,002 |
| 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) | 0,001 | 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 ».