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Enregistrement W4400491806 · doi:10.1101/2024.07.05.602288

Deep-diffeomorphic networks for conditional brain templates

2024· preprint· en· W4400491806 sur OpenAlexfundno aff
Luke Whitbread, Stephan Lau, Lyle J. Palmer, Mark Jenkinson

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2024
Typepreprint
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueFunctional Brain Connectivity Studies
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesCanadian Institutes of Health ResearchNational Institutes of HealthH. Lundbeck A/SServierGenentechIXICOUniversity of AdelaideEisaiUniversity of OxfordNorthern California Institute for Research and EducationAustralian GovernmentPfizerNovartis Pharmaceuticals CorporationUniversity of Southern CaliforniaBiogenEli Lilly and CompanyBristol-Myers SquibbBioClinicaU.S. Department of DefenseAlzheimer's Disease Neuroimaging InitiativeMeso Scale DiagnosticsAlzheimer's Association
Mots-clésTemplateDiffeomorphismComputer scienceArtificial intelligenceMathematicsProgramming languagePure mathematics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Deformable brain templates are an important tool in many neuroimaging analyses. Conditional templates (e.g., age-specific templates) have advantages over single population templates by enabling improved registration accuracy and capturing common processes in brain development and degeneration. Conventional methods require large, evenly-spread cohorts to develop conditional templates, limiting their ability to create templates that could reflect richer combinations of clinical and demographic variables. More recent deep-learning methods, which can infer relationships in very high dimensional spaces, open up the possibility of producing conditional templates that are jointly optimised for these richer sets of conditioning parameters. We have built on recent deep-learning template generation approaches using a diffeomorphic (topology-preserving) framework to create a purely geometric method of conditional template construction that learns diffeomorphisms between: (i) a global or group template and conditional templates, and (ii) conditional templates and individual brain scans. We evaluated our method, as well as other recent deep-learning approaches, on a dataset of cognitively normal ( CN ) participants from the Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI), using age as the conditioning parameter of interest. We assessed the effectiveness of these networks at capturing age-dependent anatomical differences. Our results demonstrate that while the assessed deep-learning methods have a number of strengths, they require further refinement to capture morphological changes in ageing brains with an acceptable degree of accuracy. The volumetric output of our method, and other recent deep-learning approaches, across four brain structures (grey matter, white matter, the lateral ventricles and the hippocampus), was measured and showed that although each of the methods captured some changes well, each method was unable to accurately track changes in all of the volumes. However, as our method is purely geometric it was able to produce T1-weighted conditional templates with high spatial fidelity and with consistent topology as age varies, making these conditional templates advantageous for spatial registrations. The use of diffeomorphisms in these deep-learning methods represents an important strength of these approaches, as they can produce conditional templates that can be explicitly linked, geometrically, across age as well as to fixed, unconditional templates or brain atlases. The use of deep-learning in conditional template generation provides a framework for creating templates for more complex sets of conditioning parameters, such as pathologies and demographic variables, in order to facilitate a broader application of conditional brain templates in neuroimaging studies. This can aid researchers and clinicians in their understanding of how brain structure changes over time, and under various interventions, with the ultimate goal of improving the calibration of treatments and interventions in personalised medicine. The code to implement our conditional brain template network is available at: github.com/lwhitbread/deep-diff .

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)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,005
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: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,009
Score d'incertitude au seuil0,019

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,005
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

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 Opus0,029
Tête enseignante GPT0,245
Écart entre enseignants0,216 · 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
GenreEmpirique

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

En bref

Citations0
Publié2024
Routes d'admission1
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