On the use of saliency maps and convolutional neural networks for improved Alzheimer's disease assessment
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Background Alzheimer’s disease (AD) is a progressive neurodegenerative disease accounting for 60–80∖% of dementia cases worldwide[2]. Early diagnosis can decrease the severity of the disorder in addition to improving the quality of life of patients. Biomarkers based on electroencephalography (EEG) have emerged as a promising tool in the study of AD, with the advantage of being non‐invasive, less expensive, and potentially portable when compared to other biomarkers. One such biomarker has been the so‐called "modulation‐spectral‐patch‐feature" proposed in [1]. Such features were found based on visual inspection of modulation spectra from healthy‐controls and age‐matched AD patients. Over the last few years, however, innovations in machine learning, in particular in deep‐neural‐networks, have revolutionized many biomedical image and signal processing applications[4,5,6]. In this paper, we explore their use in building better biomarkers for AD assessment. In particular, we explore the use of saliency‐maps(SM)[3] obtained from classification using convolutional‐neural‐networks(CNN) to extract optimal feature patches in a data‐driven sense. Method The study collected data from fifty‐four participants, including 20‐healthy‐controls, 19‐Mild‐Cognitive‐Impairment, and 15‐moderate‐to‐severe‐AD, all age‐matched. Twenty‐channel EEG signals were acquired during eyes‐closed‐resting‐state sessions of eight minutes. The EEG recordings were pre‐processed to remove artifacts. The model performance was evaluated using 5‐fold‐cross‐validation(CV). The average SM was extracted from the validation‐set in order to highlight the relevant modulation "patches" in a data‐driven manner. The CNN model has two convolutional‐layers and three fully‐connected‐layers. Result The tested CNN resulted in the following figures‐of‐merit over the 5‐fold‐CV: 89.4%+/‐2.3% for accuracy and 89.3%+/‐2.3% for f1. From the average SM of each fold, it can be seen that theta‐modulated‐by‐delta and beta‐modulated‐by‐theta were important modulation regions . Others regions such as beta‐modulated‐by‐alpha, alpha‐modulated‐by‐delta, and gamma‐modulated‐by‐beta were also important. While some of these regions match those found visually in[1], other provide more insights into AD assessment. Conclusion In this paper, we show the efficacy of EEG modulation‐spectrograms coupled CNNs saliency‐maps to extract data specific features useful for Alzheimer's disease diagnosis. In particular, several main regions of interest were identified, thus building on previous work that relied on visual inspection. As future work, we will also explore the importance of each EEG channel, thus potentially leading to a more low‐cost and portable solution.
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 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 | 0,002 |
| 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 | 0,000 | 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 ».