Challenges in multi-task learning for fMRI-based diagnosis: Benefits for psychiatric conditions and CNVs would likely require thousands of patients
Notice bibliographique
Résumé
There is a growing interest in using machine learning (ML) models to perform automatic diagnosis of psychiatric conditions; however, generalising the prediction of ML models to completely independent data can lead to sharp decrease in performance. Patients with different psychiatric diagnoses have traditionally been studied independently, yet there is a growing recognition of neuroimaging signatures shared across them as well as rare genetic copy number variants (CNVs). In this work, we assess the potential of multi-task learning (MTL) to improve accuracy by characterising multiple related conditions with a single model, making use of information shared across diagnostic categories and exposing the model to a larger and more diverse dataset. As a proof of concept, we first established the efficacy of MTL in a context where there is clearly information shared across tasks: the same target (age or sex) is predicted at different sites of data collection in a large functional magnetic resonance imaging (fMRI) dataset compiled from multiple studies. MTL generally led to substantial gains relative to independent prediction at each site. Performing scaling experiments on the UK Biobank, we observed that performance was highly dependent on sample size: for large sample sizes (N > 6000) sex prediction was better using MTL across three sites (N = K per site) than prediction at a single site (N = 3K), but for small samples (N < 500) MTL was actually detrimental for age prediction. We then used established machine-learning methods to benchmark the diagnostic accuracy of each of the 7 CNVs (N = 19-103) and 4 psychiatric conditions (N = 44-472) independently, replicating the accuracy previously reported in the literature on psychiatric conditions. We observed that MTL hurt performance when applied across the full set of diagnoses, and complementary analyses failed to identify pairs of conditions which would benefit from MTL. Taken together, our results show that if a successful multi-task diagnostic model of psychiatric conditions were to be developed with resting-state fMRI, it would likely require datasets with thousands of patients across different diagnoses.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,010 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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.
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 tête enseignante, 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 ».