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Enregistrement W4205309136 · doi:10.1002/alz.054710

On the use of saliency maps and convolutional neural networks for improved Alzheimer's disease assessment

2021· article· en· W4205309136 sur OpenAlexaff
Marilia K. S. Lopes, Raymundo Cassani, Tiago H. Falk

Notice bibliographique

RevueAlzheimer s & Dementia · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueEEG and Brain-Computer Interfaces
Établissements canadiensInstitut National de la Recherche ScientifiqueUniversité du Québec à Montréal
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésConvolutional neural networkElectroencephalographyDementiaArtificial intelligenceBiomarkerFeature (linguistics)Pattern recognition (psychology)DiseaseComputer scienceAlzheimer's diseaseCognitionMedicineMachine learningPsychologyNeurosciencePathologyBiology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

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 enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,002
Score d'incertitude au seuil0,004

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,066
Tête enseignante GPT0,296
Écart entre enseignants0,230 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations2
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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