Early detection of Alzheimer's disease using 3D convolutional neural networks
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Background As one of the most common neurodegenerative disorders which progress slowly over time, Alzheimer's Disease (AD) could be effectively managed by delaying the disease process through early detection and intervention at present. Mild Cognitive Impairment (MCI) is the prodromal state of AD. At present, in‐vivo structural magnetic resonance imaging (MRI) has been widely used for computer‐aided diagnosis of neurodegenerative disorders noninvasively owing to its sensitivity to morphological changes caused by brain atrophy like AD. Plus, the rapid progress of deep learning (DL), especially deep convolutional neural networks (CNNs) has improved MRI analysis thanks to its superiority in the generalization capability. Method An ensemble learning (EL) model which combines genetic algorithm (GA) with 3D‐CNN based on region of interest (ROI) was proposed to identify AD/MCI subjects (Figure 1). We firstly used the 3D‐CNN model to train a candidate base classifier for each a ROI (here a brain region). Then, the GA algorithm was employed to search for the best base classifier combination with the optimal generalization ability and based on it, the whole‐brain MRI classifier ensemble was built to detect AD/MCI. Owing to the one‐to‐one correspondence relationship between the base classifiers and the brain regions, we further identified those brain regions with significant classification capabilities. Result In three binary classification tasks, i.e., classification between 1) AD vs. NC (Normal control), 2) MCIc (MCI patients who will convert to AD) vs. NC and 3) MCIc and MCInc (MCI patients who will not convert to AD), the testing results revealed accuracy rate of 0.89±0.03, 0.88±0.03, and 0.71±0.08, with a stratified fivefold cross‐validation method, respectively. In a data‐driven way, the brain regions that greatly contributed to AD and MCI classifications (Figure 2), e.g., medial amygdala, rostral hippocampus, caudal hippocampus, were ascertained. They were linked to emotion, memory, language, and other key brain functions impaired early in the AD staging. Conclusion Compared with the 2D‐CNN models, the proposed classifiers ensemble could make full use of the effective information embedded in MRI to discover more discriminative MRI features/biomarkers. Additionally, the advocated method could also be valuable to detect the potential neuroimaging biomarkers for other brain disorders.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 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) | 0,000 | 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 tête enseignante, 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 ».