Brain Model Based on the Canonical Ensemble with Functional MRI: A Thermodynamic Exploration of the Neural System
Notice bibliographique
Résumé
Objective. System modeling is an important method to study the working mechanisms of the brain. This study attempted to build a model of the brain from the perspective of thermodynamics at the system level, which brought a new perspective to brain modeling. Approach. Regarding brain regions as systems, voxels as particles, and intensity of signals as energy of particles, the thermodynamic model of the brain was built based on the canonical ensemble theory. Two pairs of activated regions and two pairs of inactivated brain regions were selected for comparison in this study, and the thermodynamic properties based on the proposed model were analyzed. In addition, the thermodynamic properties were extracted as input features for the detection of Alzheimer’s disease. Main Results. The experimental results verified the assumption that the brain follows thermodynamic laws. This demonstrated the feasibility and rationality of the proposed brain thermodynamic modeling method, indicating that thermodynamic parameters drawn from our model can be applied to describe the state of the neural system. Meanwhile, the brain thermodynamic model achieved good accuracy in the detection of Alzheimer’s disease, suggesting the potential application of thermodynamic models in auxiliary diagnosis. Significance. (1) In the previous studies, only some thermodynamic parameters in physics were analogized and applied to brain image analysis, while, in this study, a complete system model of the brain was proposed through the principles of thermodynamics. And, based on the neural system models proposed, thermodynamic parameters were obtained to describe the observation and evolution of the neural system. (2) Based on the proposed thermodynamic models, we found and confirmed that the neural system also follows the laws of thermodynamics: the activation of system always leads to increased internal energy, increased free energy, and decreased entropy as what is discovered in many other systems besides classic thermodynamic system. (3) The detection of neural disease was demonstrated to benefit from the thermodynamic model, which confirmed that the thermodynamic model proposed can indeed describe the evolution of the neural system diseases. And it further implied the immense potential of thermodynamics in auxiliary diagnosis.
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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 | 0,001 |
| 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 | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 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 ».