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Enregistrement W4382196087 · doi:10.1016/j.neuroimage.2023.120253

Class imbalance should not throw you off balance: Choosing the right classifiers and performance metrics for brain decoding with imbalanced data

2023· article· en· W4382196087 sur OpenAlex

Pourquoi ce travail est dans la base

Une base qui oublie comment elle a trouvé un travail ne peut pas être vérifiée. Voici les voies qui ont admis celui-ci.

affAu moins un auteur déclare une institution canadienne dans l'instantané OpenAlex épinglé.
fundUn bailleur canadien est enregistré sur le travail.

Notice bibliographique

RevueNeuroImage · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueImbalanced Data Classification Techniques
Établissements canadiensMcGill UniversityMila - Quebec Artificial Intelligence InstituteMontreal Neurological Institute and HospitalConcordia UniversityUniversity of AlbertaUniversité de Montréal
Organismes subventionnairesFonds de recherche du Québec – Nature et technologiesCourtois FoundationNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaInstitut de Valorisation des DonnéesCanada Research ChairsCanada First Research Excellence FundCanadian Institutes of Health ResearchMitacsMcGill University
Mots-clésMagnetoencephalographyComputer scienceRobustness (evolution)Metric (unit)Artificial intelligenceBinary classificationDecoding methodsMachine learningClass (philosophy)Random forestPerformance metricReceiver operating characteristicElectroencephalographyBrain activity and meditationBinary numberSensitivity (control systems)Pattern recognition (psychology)Support vector machineMathematicsPsychologyAlgorithm

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Machine learning (ML) is increasingly used in cognitive, computational and clinical neuroscience. The reliable and efficient application of ML requires a sound understanding of its subtleties and limitations. Training ML models on datasets with imbalanced classes is a particularly common problem, and it can have severe consequences if not adequately addressed. With the neuroscience ML user in mind, this paper provides a didactic assessment of the class imbalance problem and illustrates its impact through systematic manipulation of data imbalance ratios in (i) simulated data and (ii) brain data recorded with electroencephalography (EEG), magnetoencephalography (MEG) and functional magnetic resonance imaging (fMRI). Our results illustrate how the widely-used Accuracy (Acc) metric, which measures the overall proportion of successful predictions, yields misleadingly high performances, as class imbalance increases. Because Acc weights the per-class ratios of correct predictions proportionally to class size, it largely disregards the performance on the minority class. A binary classification model that learns to systematically vote for the majority class will yield an artificially high decoding accuracy that directly reflects the imbalance between the two classes, rather than any genuine generalizable ability to discriminate between them. We show that other evaluation metrics such as the Area Under the Curve (AUC) of the Receiver Operating Characteristic (ROC), and the less common Balanced Accuracy (BAcc) metric - defined as the arithmetic mean between sensitivity and specificity, provide more reliable performance evaluations for imbalanced data. Our findings also highlight the robustness of Random Forest (RF), and the benefits of using stratified cross-validation and hyperprameter optimization to tackle data imbalance. Critically, for neuroscience ML applications that seek to minimize overall classification error, we recommend the routine use of BAcc, which in the specific case of balanced data is equivalent to using standard Acc, and readily extends to multi-class settings. Importantly, we present a list of recommendations for dealing with imbalanced data, as well as open-source code to allow the neuroscience community to replicate and extend our observations and explore alternative approaches to coping with imbalanced data.

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.

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMéta-épidémiologie (sens strict)
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,849
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,002
Études des sciences et des technologies0,0010,000
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0030,001
Intégrité de la recherche0,0000,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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 Opus0,086
Tête enseignante GPT0,318
Écart entre enseignants0,231 · 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