Self-supervised multimodal learning for group inferences from MRI data: Discovering disorder-relevant brain regions and multimodal links
Notice bibliographique
Résumé
In recent years, deep learning approaches have gained significant attention in predicting brain disorders using neuroimaging data. However, conventional methods often rely on single-modality data and supervised models, which provide only a limited perspective of the intricacies of the highly complex brain. Moreover, the scarcity of accurate diagnostic labels in clinical settings hinders the applicability of the supervised models. To address these limitations, we propose a novel self-supervised framework for extracting multiple representations from multimodal neuroimaging data to enhance group inferences and enable analysis without resorting to labeled data during pre-training. Our approach leverages Deep InfoMax (DIM), a self-supervised methodology renowned for its efficacy in learning representations by estimating mutual information without the need for explicit labels. While DIM has shown promise in predicting brain disorders from single-modality MRI data, its potential for multimodal data remains untapped. This work extends DIM to multimodal neuroimaging data, allowing us to identify disorder-relevant brain regions and explore multimodal links. We present compelling evidence of the efficacy of our multimodal DIM analysis in uncovering disorder-relevant brain regions, including the hippocampus, caudate, insula, - and multimodal links with the thalamus, precuneus, and subthalamus hypothalamus. Our self-supervised representations demonstrate promising capabilities in predicting the presence of brain disorders across a spectrum of Alzheimer's phenotypes. Comparative evaluations against state-of-the-art unsupervised methods based on autoencoders, canonical correlation analysis, and supervised models highlight the superiority of our proposed method in achieving improved classification performance, capturing joint information, and interpretability capabilities. The computational efficiency of the decoder-free strategy enhances its practical utility, as it saves compute resources without compromising performance. This work offers a significant step forward in addressing the challenge of understanding multimodal links in complex brain disorders, with potential applications in neuroimaging research and clinical diagnosis.
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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 | 0,003 | 0,006 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 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 ».