Identifying Biases in a Multicenter MRI Database for Parkinson's Disease Classification: Is the Disease Classifier a Secret Site Classifier?
Notice bibliographique
Résumé
Sharing multicenter imaging datasets can be advantageous to increase data diversity and size but may lead to spurious correlations between site-related biological and non-biological image features and target labels, which machine learning (ML) models may exploit as shortcuts. To date, studies analyzing how and if deep learning models may use such effects as a shortcut are scarce. Thus, the aim of this work was to investigate if site-related effects are encoded in the feature space of an established deep learning model designed for Parkinson's disease (PD) classification based on T1-weighted MRI datasets. Therefore, all layers of the PD classifier were frozen, except for the last layer of the network, which was replaced by a linear layer that was exclusively re-trained to predict three potential bias types (biological sex, scanner type, and originating site). Our findings based on a large database consisting of 1880 MRI scans collected across 41 centers show that the feature space of the established PD model (74% accuracy) can be used to classify sex (75% accuracy), scanner type (79% accuracy), and site location (71% accuracy) with high accuracies despite this information never being explicitly provided to the PD model during original training. Overall, the results of this study suggest that trained image-based classifiers may use unwanted shortcuts that are not meaningful for the actual clinical task at hand. This finding may explain why many image-based deep learning models do not perform well when applied to data from centers not contributing to the training set.
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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 | 0,008 | 0,022 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,001 |
| 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 ».