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Enregistrement W4391514274 · doi:10.1016/j.ebiom.2024.105006

Decentralised, collaborative, and privacy-preserving machine learning for multi-hospital data

2024· preprint· en· W4391514274 sur OpenAlexafffundabout
Congyu Fang, Adam Dziedzic, Lin Zhang, Laura Oliva, Amol A. Verma, Fahad Razak, Nicolas Papernot, Bo Wang

Notice bibliographique

RevueEBioMedicine · 2024
Typepreprint
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiquePrivacy-Preserving Technologies in Data
Établissements canadiensSt. Michael's HospitalSimon Fraser UniversityVector InstituteUniversity Health Network
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaDefense Advanced Research Projects AgencyUniversity of TorontoGovernment of CanadaVector InstituteCanadian Institute for Advanced ResearchGovernment of OntarioIntel CorporationAlfred P. Sloan Foundation
Mots-clésComputer scienceInternet privacyPatient privacyPrivacy policyInformation privacyComputer securityBusinessPolitical scienceHealth careLaw

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: Machine Learning (ML) has demonstrated its great potential on medical data analysis. Large datasets collected from diverse sources and settings are essential for ML models in healthcare to achieve better accuracy and generalizability. Sharing data across different healthcare institutions or jurisdictions is challenging because of complex and varying privacy and regulatory requirements. Hence, it is hard but crucial to allow multiple parties to collaboratively train an ML model leveraging the private datasets available at each party without the need for direct sharing of those datasets or compromising the privacy of the datasets through collaboration. METHODS: In this paper, we address this challenge by proposing Decentralized, Collaborative, and Privacy-preserving ML for Multi-Hospital Data (DeCaPH). This framework offers the following key benefits: (1) it allows different parties to collaboratively train an ML model without transferring their private datasets (i.e., no data centralization); (2) it safeguards patients' privacy by limiting the potential privacy leakage arising from any contents shared across the parties during the training process; and (3) it facilitates the ML model training without relying on a centralized party/server. FINDINGS: We demonstrate the generalizability and power of DeCaPH on three distinct tasks using real-world distributed medical datasets: patient mortality prediction using electronic health records, cell-type classification using single-cell human genomes, and pathology identification using chest radiology images. The ML models trained with DeCaPH framework have less than 3.2% drop in model performance comparing to those trained by the non-privacy-preserving collaborative framework. Meanwhile, the average vulnerability to privacy attacks of the models trained with DeCaPH decreased by up to 16%. In addition, models trained with our DeCaPH framework achieve better performance than those models trained solely with the private datasets from individual parties without collaboration and those trained with the previous privacy-preserving collaborative training framework under the same privacy guarantee by up to 70% and 18.2% respectively. INTERPRETATION: We demonstrate that the ML models trained with DeCaPH framework have an improved utility-privacy trade-off, showing DeCaPH enables the models to have good performance while preserving the privacy of the training data points. In addition, the ML models trained with DeCaPH framework in general outperform those trained solely with the private datasets from individual parties, showing that DeCaPH enhances the model generalizability. FUNDING: This work was supported by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC, RGPIN-2020-06189 and DGECR-2020-00294), Canadian Institute for Advanced Research (CIFAR) AI Catalyst Grants, CIFAR AI Chair programs, Temerty Professor of AI Research and Education in Medicine, University of Toronto, Amazon, Apple, DARPA through the GARD project, Intel, Meta, the Ontario Early Researcher Award, and the Sloan Foundation. Resources used in preparing this research were provided, in part, by the Province of Ontario, the Government of Canada through CIFAR, and companies sponsoring the Vector Institute.

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 distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,040
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMétarecherche, Méta-épidémiologie (sens strict), Science ouverte
Catégories consensuellesScience ouverte
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Sans objet · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,857
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,040
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0550,571
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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 Opus0,063
Tête enseignante GPT0,339
Écart entre enseignants0,276 · 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; les deux têtes enseignantes s’accordent sur ce qui est montré ici.

Devis d'étudeSans objet
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

Citations30
Publié2024
Routes d'admission3
Résumé présentoui

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