Two neurostructural subtypes: results of machine learning on brain images from 4,291 individuals with schizophrenia
Notice bibliographique
Résumé
Machine learning can be used to define subtypes of psychiatric conditions based on shared clinical and biological foundations, presenting a crucial step toward establishing biologically based subtypes of mental disorders. With the goal of identifying subtypes of disease progression in schizophrenia, here we analyzed cross-sectional brain structural magnetic resonance imaging (MRI) data from 4,291 individuals with schizophrenia (1,709 females, age=32.5 years±11.9) and 7,078 healthy controls (3,461 females, age=33.0 years±12.7) pooled across 41 international cohorts from the ENIGMA Schizophrenia Working Group, non-ENIGMA cohorts and public datasets. Using a machine learning approach known as Subtype and Stage Inference (SuStaIn), we implemented a brain imaging-driven classification that identifies two distinct neurostructural subgroups by mapping the spatial and temporal trajectory of gray matter (GM) loss in schizophrenia. Subgroup 1 (n=2,622) was characterized by an early cortical-predominant loss (ECL) with enlarged striatum, whereas subgroup 2 (n=1,600) displayed an early subcortical-predominant loss (ESL) in the hippocampus, amygdala, thalamus, brain stem and striatum. These reconstructed trajectories suggest that the GM volume reduction originates in the Broca's area/adjacent fronto-insular cortex for ECL and in the hippocampus/adjacent medial temporal structures for ESL. With longer disease duration, the ECL subtype exhibited a gradual worsening of negative symptoms and depression/anxiety, and less of a decline in positive symptoms. We confirmed the reproducibility of these imaging-based subtypes across various sample sites, independent of macroeconomic and ethnic factors that differed across these geographic locations, which include Europe, North America and East Asia. These findings underscore the presence of distinct pathobiological foundations underlying schizophrenia. This new imaging-based taxonomy holds the potential to identify a more homogeneous sub-population of individuals with shared neurobiological attributes, thereby suggesting the viability of redefining existing disorder constructs based on biological factors.
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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 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| 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 ».