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Enregistrement W4389832165 · doi:10.1016/j.neuroimage.2023.120485

Self-supervised multimodal learning for group inferences from MRI data: Discovering disorder-relevant brain regions and multimodal links

2023· article· en· W4389832165 sur OpenAlexaff
Alex Fedorov, Eloy Geenjaar, Lei Wu, Tristan Sylvain, Thomas P. DeRamus, Margaux Luck, Maria Misiura, Girish Mittapalle, R Devon Hjelm, Sergey Plis, Vince D. Calhoun

Notice bibliographique

RevueNeuroImage · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueFunctional Brain Connectivity Studies
Établissements canadiensMila - Quebec Artificial Intelligence InstituteCollège Boréal
Organismes subventionnairesNational Center for Advancing Translational SciencesNational Institute of Biomedical Imaging and BioengineeringNational Institute of Mental HealthAvid RadiopharmaceuticalsEli Lilly and CompanyNational Institute on AgingNational Institutes of HealthNational Science Foundation
Mots-clésArtificial intelligenceNeuroimagingComputer scienceMachine learningPrecuneusInterpretabilityDeep learningFunctional magnetic resonance imagingPsychologyNeuroscience

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

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.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,003
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,006
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,013

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,006
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0020,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,002
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,001

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.

Tête enseignante Opus0,058
Tête enseignante GPT0,298
Écart entre enseignants0,240 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations14
Publié2023
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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