c-Diadem: a constrained dual-input deep learning model to identify novel biomarkers in Alzheimer’s disease
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Alzheimer's disease (AD) is an incurable, debilitating neurodegenerative disorder. Current biomarkers for AD diagnosis require expensive neuroimaging or invasive cerebrospinal fluid sampling, thus precluding early detection. Blood-based biomarker discovery in Alzheimer's can facilitate less-invasive, routine diagnostic tests to aid early intervention. Therefore, we propose "c-Diadem" (constrained dual-input Alzheimer's disease model), a novel deep learning classifier which incorporates KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) pathway constraints on the input genotyping data to predict disease, i.e., mild cognitive impairment (MCI)/AD or cognitively normal (CN). SHAP (SHapley Additive exPlanations) was used to explain the model and identify novel, potential blood-based genetic markers of MCI/AD. METHODS: We developed a novel constrained deep learning neural network which utilizes SNPs (single nucleotide polymorphisms) and microarray data from ADNI (Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative) to predict the disease status of participants, i.e., CN or with disease (MCI/AD), and identify potential blood-based biomarkers for diagnosis and intervention. The dataset contains samples from 626 participants, of which 212 are CN (average age 74.6 ± 5.4 years) and 414 patients have MCI/AD (average age 72.7 ± 7.6 years). KEGG pathway information was used to generate constraints applied to the input tensors, thus enhancing the interpretability of the model. SHAP scores were used to identify genes which could potentially serve as biomarkers for diagnosis and targets for drug development. RESULTS: Our model's performance, with accuracy of 69% and AUC of 70% in the test dataset, is superior to previous models. The SHAP scores show that SNPs in PRKCZ, PLCB1 and ITPR2 as well as expression of HLA-DQB1, EIF1AY, HLA-DQA1, and ZFP57 have more impact on model predictions. CONCLUSIONS: ion release in affected regions of the brain, as well as depression. The findings from our study provides insights into disease mechanisms, and can facilitate innovation in less-invasive, cost-effective diagnostics. To the best of our knowledge, our model is the first to use pathway constraints in a multimodal neural network to identify potential genetic markers for AD.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,001 |
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 tête enseignante, 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 ».