HarmonyTM: multi-center data harmonization applied to distributed learning for Parkinson’s disease classification
Notice bibliographique
Résumé
Purpose: Distributed learning is widely used to comply with data-sharing regulations and access diverse datasets for training machine learning (ML) models. The traveling model (TM) is a distributed learning approach that sequentially trains with data from one center at a time, which is especially advantageous when dealing with limited local datasets. However, a critical concern emerges when centers utilize different scanners for data acquisition, which could potentially lead models to exploit these differences as shortcuts. Although data harmonization can mitigate this issue, current methods typically rely on large or paired datasets, which can be impractical to obtain in distributed setups. Approach: We introduced HarmonyTM, a data harmonization method tailored for the TM. HarmonyTM effectively mitigates bias in the model's feature representation while retaining crucial disease-related information, all without requiring extensive datasets. Specifically, we employed adversarial training to "unlearn" bias from the features used in the model for classifying Parkinson's disease (PD). We evaluated HarmonyTM using multi-center three-dimensional (3D) neuroimaging datasets from 83 centers using 23 different scanners. Results: Our results show that HarmonyTM improved PD classification accuracy from 72% to 76% and reduced (unwanted) scanner classification accuracy from 53% to 30% in the TM setup. Conclusion: HarmonyTM is a method tailored for harmonizing 3D neuroimaging data within the TM approach, aiming to minimize shortcut learning in distributed setups. This prevents the disease classifier from leveraging scanner-specific details to classify patients with or without PD-a key aspect for deploying ML models for clinical applications.
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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 | 0,004 | 0,006 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| 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 | 0,003 | 0,004 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 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 ».