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Enregistrement W4281382384 · doi:10.1101/2022.05.19.492664

Deep Learning-Based Parameter Estimation for Neurophysiological Models of Neuroimaging Data

2022· preprint· en· W4281382384 sur OpenAlexafffund
John D. Griffiths, Zheng Wang, Syed Hussain Ather, Davide Momi, Scott Rich, Andreea O. Diaconescu, Anthony R. McIntosh, Kelly Shen

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2022
Typepreprint
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueFunctional Brain Connectivity Studies
Établissements canadiensSimon Fraser UniversityUniversity Health NetworkUniversity of TorontoOntario Brain InstituteCentre for Addiction and Mental Health
Organismes subventionnairesKrembil Foundation
Mots-clésHuman Connectome ProjectComputer scienceArtificial intelligenceArtificial neural networkConnectomeDeep learningMachine learningComputationAlgorithmNeuroscienceFunctional connectivity

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

A bstract Connectome-based neural mass modelling is the emerging computational neuroscience paradigm for simulating large-scale network dynamics observed in whole-brain activity measurements such as fMRI, M/EEG, and related techniques. Estimating physiological parameters by fitting these models to empirical data is challenging however, due to large network sizes, often physiologically detailed fast-timescale system equations, and the need for long (e.g. tens of minutes) simulation runs. Here we introduce a novel approach to connectome-based neural mass model parameter estimation by employing optimization tools developed for deep learning. We cast the system of differential equations representing both neural and haemodynamic activity dynamics as a deep neural network, implemented within a widely used machine learning programming environment (PyTorch). This allows us to use robust industry-standard optimization algorithms, automatic differentiation for computation of gradients, and other useful functionality. The approach is demonstrated using a connectome-based network with nodal dynamics specified by the two-state RWW mean-field neural mass model equations, which we use here as a model of fMRI-measured activity and correlation fluctuations. Additional optimization constraints are explored and prove fruitful, including restricting the model to domains of parameter space near a bifurcation point that yield metastable dynamics. Using these techniques, we first show robust recovery of physiological model parameters in synthetic data and then, as a proof-of-principle, apply the framework to modelling of empirical resting-state fMRI data from the Human Connectome Project database. For resting state activity, the system can be understood as a deep net that receives uncorrelated noise on its input layer, which is transformed into network-wide modelled functional connectivity on its output layer. This is consistent with the prevailing conception in theoretical neuroscience of resting-state functional connectivity patterns as an emergent phenomenon that is driven by (effectively) random activity fluctuations, which are then in turn spatiotemporally filtered by anatomical connectivity and local neural dynamics.

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)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,010
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: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,010
Score d'incertitude au seuil0,021

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,010
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,003
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

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 Opus0,079
Tête enseignante GPT0,276
Écart entre enseignants0,198 · 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
GenreMéthodes

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

En bref

Citations13
Publié2022
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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