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Enregistrement W4311301278 · doi:10.1101/2022.12.12.519838

Multimodal Imaging-Based Classification of PTSD Using Data-Driven Computational Approaches: A Multisite Big Data Study from the ENIGMA-PGC PTSD Consortium

2022· preprint· en· W4311301278 sur OpenAlexaff
Xi Zhu, Yoojean Kim, Orren Ravid, Xiaofu He, Benjamin Suarez‐Jimenez, Sigal Zilcha‐Mano, Amit Lazarov, Seonjoo Lee, Chadi G. Abdallah, Christopher L. Averill, C. Lexi Baird, Lee A. Baugh, Jennifer Urbano Blackford, Jessica Bomyea, Steven E. Bruce, Richard A. Bryant, Zhihong Cao, Kyle Choi, Josh M. Cisler, Andrew S. Cotton, Judith K. Daniels, Nicholas D. Davenport, Richard J. Davidson, Michael D. DeBellis, Emily L. Dennis, Maria Densmore, Terri A. deRoon‐Cassini, Seth G. Disner, Wissam El‐Hage, Amit Etkin, Negar Fani, Kelene A. Fercho, Jacklynn M. Fitzgerald, Gina L. Forster, Jessie L. Frijling, Elbert Geuze, A. Gönenç, Evan M. Gordon, Staci A. Gruber, Daniel W. Grupe, Jeffrey P. Guenette, Courtney C. Haswell, Ryan J. Herringa, Julia Herzog, David Hofmann, Bobak Hosseini, Anna R. Hudson, Ashley A. Huggins, Jonathan Ipser, Neda Jahanshad, Meilin Jia-Richards, Tanja Jovanović, Milissa L. Kaufman, Mitzy Kennis, Anthony P. King, Philipp Kinzel, Saskia B.J. Koch, Inga K. Koerte, Sheri‐Michelle Koopowitz, Mayuresh S. Korgaonkar, John H. Krystal, Ruth A. Lanius, Christine L. Larson, Lauren A. M. Lebois, Gen Li, Israel Liberzon, Guangming Lu, Yifeng Luo, Vincent A. Magnotta, Antje Manthey, Adi Maron‐Katz, Geoffery May, Katie A. McLaughlin, Sven C. Mueller, Laura Nawijn, Richard W. J. Neufeld, Jack B. Nitschke, Erin N. O’Leary, Bunmi O. Olatunji, Miranda Olff, Matthew Peverill, K. Luan Phan, Rongfeng Qi, Yann Quidé, Ivan Rektor, Kerry J. Ressler, Pavel Říha, Marisa Ross, Isabelle M. Rosso, Lauren E. Salminen, Kelly Sambrook, Christian Schmahl, Martha E. Shenton, Margaret A. Sheridan, Chia-Hao Shih, Maurizio Sicorello, Anika Sierk, Alan N. Simmons, Raluca M. Simons, Jeffrey S. Simons, Scott R. Sponheim, Murray B. Stein, Dan J. Stein, Jennifer S. Stevens, Thomas Straube, Delin Sun, Jean Théberge, Paul M. Thompson, Sophia I. Thomopoulos, Nic J.A. van der Wee, Steven J.A. van der Werff, Theo G.M. van Erp, Sanne J.H. van Rooij, Mirjam van Zuiden, Tim Varkevisser, Dick J. Veltman, Robert Vermeiren, Henrik Walter, Li Wang, Xin Wang, Carissa Weis, Sherry Winternitz, Hong Xie, Ye Zhu, Melanie M. Wall, Yuval Neria, Rajendra A. Morey

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2022
Typepreprint
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueFunctional Brain Connectivity Studies
Établissements canadiensOkanagan University CollegeUniversity of British Columbia, Okanagan CampusUniversity of British ColumbiaWestern University
Organismes subventionnairesNational Health and Medical Research CouncilNational Institute of Mental HealthMedical Research CouncilNational Institutes of HealthDeutsche ForschungsgemeinschaftNational Alliance for Research on Schizophrenia and Depression
Mots-clésGeneralizability theoryNeuroimagingArtificial intelligencePsychologyMachine learningModality (human–computer interaction)Computer scienceMedicineClinical psychologyPsychiatryDevelopmental psychology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Background Current clinical assessments of Posttraumatic stress disorder (PTSD) rely solely on subjective symptoms and experiences reported by the patient, rather than objective biomarkers of the illness. Recent advances in data-driven computational approaches have been helpful in devising tools to objectively diagnose psychiatric disorders. Here we aimed to classify individuals with PTSD versus controls using heterogeneous brain datasets from the ENIGMA-PGC PTSD Working group. Methods We analyzed brain MRI data from 3,527 structural-MRI; 2,502 resting state-fMRI; and 1,953 diffusion-MRI. First, we identified the brain features that best distinguish individuals with PTSD from controls (TEHC and HC) using traditional machine learning methods. Second, we assessed the utility of the denoising variational autoencoder (DVAE) and evaluated its classification performance. Third, we assessed the generalizability and reproducibility of both models using leave-one-site-out cross-validation procedure for each modality. Results We found lower performance in classifying PTSD vs. controls with data from over 20 sites (60% test AUC for s-MRI, 59% for rs-fMRI and 56% for d-MRI), as compared to other studies run on single-site data. The performance increased when classifying PTSD from HC without trauma history across all three modalities (75% AUC). The classification performance remained intact when applying the DVAE framework, which reduced the number of features. Finally, we found that the DVAE framework achieved better generalization to unseen datasets compared with the traditional machine learning frameworks, albeit performance was slightly above chance. Conclusion Our findings highlight the promise offered by machine learning methods for the diagnosis of patients with PTSD. The utility of brain biomarkers across three MRI modalities and the contribution of DVAE models for improving generalizability offers new insights into neural mechanisms involved in PTSD. Significance ⍰ Classifying PTSD from trauma-unexposed healthy controls (HC) using three imaging modalities performed well (∼75% AUC), but performance suffered markedly when classifying PTSD from trauma-exposed healthy controls (TEHC) using three imaging modalities (∼60% AUC). ⍰ Using deep learning for feature reduction (denoising variational auto-encoder; DVAE) dramatically reduced the number of features with no concomitant performance degradation. ⍰ Utilizing denoising variational autoencoder (DVAE) models improves generalizability across heterogeneous multi-site data compared with the traditional machine learning frameworks

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)0,008
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,016
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Observationnel · Signal consensuel: Observationnel
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,010
Score d'incertitude au seuil0,043

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0080,016
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,002
Intégrité de la recherche0,0010,001
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 Opus0,213
Tête enseignante GPT0,303
Écart entre enseignants0,090 · 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'étudeObservationnel
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

Citations0
Publié2022
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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