Multimodal brain age prediction fusing morphometric and imaging data and association with cardiovascular risk factors
Notice bibliographique
Résumé
Introduction: The difference between the chronological and biological brain age, called the brain age gap (BAG), has been identified as a promising biomarker to detect deviation from normal brain aging and to indicate the presence of neurodegenerative diseases. Moreover, the BAG has been shown to encode biological information about general health, which can be measured through cardiovascular risk factors. Current approaches for biological brain age estimation, and therefore BAG estimation, either depend on hand-crafted, morphological measurements extracted from brain magnetic resonance imaging (MRI) or on direct analysis of brain MRI images. The former can be processed with traditional machine learning models while the latter is commonly processed with convolutional neural networks (CNNs). Using a multimodal setting, this study aims to compare both approaches in terms of biological brain age prediction accuracy and biological information captured in the BAG. Methods: T1-weighted MRI, containing brain tissue information, and magnetic resonance angiography (MRA), providing information about brain arteries, from 1,658 predominantly healthy adults were used. The volumes, surface areas, and cortical thickness of brain structures were extracted from the T1-weighted MRI data, while artery density and thickness within the major blood flow territories and thickness of the major arteries were extracted from MRA data. Independent multilayer perceptron and CNN models were trained to estimate the brain age from the hand-crafted features and image data, respectively. Next, both approaches were fused to assess the benefits of combining image data and hand-crafted features for brain age prediction. Results: The combined model achieved a mean absolute error of 4 years between the chronological and predicted biological brain age. Among the independent models, the lowest mean absolute error was observed for the CNN using T1-weighted MRI data (4.2 years). When evaluating the BAGs obtained using the different approaches and imaging modalities, diverging associations between cardiovascular risk factors were found. For example, BAGs obtained from the CNN models showed an association with systolic blood pressure, while BAGs obtained from hand-crafted measurements showed greater associations with obesity markers. Discussion: In conclusion, the use of more diverse sources of data can improve brain age estimation modeling and capture more diverse biological deviations from normal aging.
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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 | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 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 ».