Bayesian workflow for the investigation of hierarchical classification models from tau-PET and structural MRI data across the Alzheimer’s disease spectrum
Notice bibliographique
Résumé
Background: Alzheimer's disease (AD) diagnosis in its early stages remains difficult with current diagnostic approaches. Though tau neurofibrillary tangles (NFTs) generally follow the stereotypical pattern described by the Braak staging scheme, the network degeneration hypothesis (NDH) has suggested that NFTs spread selectively along functional networks of the brain. To evaluate this, we implemented a Bayesian workflow to develop hierarchical multinomial logistic regression models with increasing levels of complexity of the brain from tau-PET and structural MRI data to investigate whether it is beneficial to incorporate network-level information into an ROI-based predictive model for the presence/absence of AD. Methods: F]MK-6240 tau-PET scans were acquired for 72 cognitive normal (CN), 23 mild cognitive impairment (MCI), and 18 Alzheimer's disease dementia subjects. We constructed the four following hierarchical Bayesian models in order of increasing complexity: (Model 1) a complete-pooling model with observations, (Model 2) a partial-pooling model with observations clustered within ROIs, (Model 3) a partial-pooling model with observations clustered within functional networks, and (Model 4) a partial-pooling model with observations clustered within ROIs that are also clustered within functional brain networks. We then investigated which of the models had better predictive performance given tau-PET or structural MRI data as an input, in the form of a relative annualized rate of change. Results: The Bayesian leave-one-out cross-validation (LOO-CV) estimate of the expected log pointwise predictive density (ELPD) results indicated that models 3 and 4 were substantially better than other models for both tau-PET and structural MRI inputs. For tau-PET data, model 3 was slightly better than 4 with an absolute difference in ELPD of 3.10 ± 1.30. For structural MRI data, model 4 was considerably better than other models with an absolute difference in ELPD of 29.83 ± 7.55 relative to model 3, the second-best model. Conclusion: Our results suggest that representing the data generating process in terms of a hierarchical model that encompasses both ROI-level and network-level heterogeneity leads to better predictive ability for both tau-PET and structural MRI inputs over all other model iterations.
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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 | 0,021 | 0,038 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,002 | 0,004 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,002 | 0,001 |
| Communication savante | 0,003 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,003 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,004 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,012 | 0,004 |
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 ».