Image-encoded biological and non-biological variables may be used as shortcuts in deep learning models trained on multisite neuroimaging data
Notice bibliographique
Résumé
OBJECTIVE: This work investigates if deep learning (DL) models can classify originating site locations directly from magnetic resonance imaging (MRI) scans with and without correction for intensity differences. MATERIAL AND METHODS: A large database of 1880 T1-weighted MRI scans collected across 41 sites originally for Parkinson's disease (PD) classification was used to classify sites in this study. Forty-six percent of the datasets are from PD patients, while 54% are from healthy participants. After preprocessing the T1-weighted scans, 2 additional data types were generated: intensity-harmonized T1-weighted scans and log-Jacobian deformation maps resulting from nonlinear atlas registration. Corresponding DL models were trained to classify sites for each data type. Additionally, logistic regression models were used to investigate the contribution of biological (age, sex, disease status) and non-biological (scanner type) variables to the models' decision. RESULTS: A comparison of the 3 different types of data revealed that DL models trained using T1-weighted and intensity-harmonized T1-weighted scans can classify sites with an accuracy of 85%, while the model using log-Jacobian deformation maps achieved a site classification accuracy of 54%. Disease status and scanner type were found to be significant confounders. DISCUSSION: Our results demonstrate that MRI scans encode relevant site-specific information that models could use as shortcuts that cannot be removed using simple intensity harmonization methods. CONCLUSION: The ability of DL models to exploit site-specific biases as shortcuts raises concerns about their reliability, generalization, and deployability in clinical settings.
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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 | 0,002 | 0,006 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| 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 ».