Enhancing Autism Spectrum Disorder Classification with Lightweight Quantized CNNs and Federated Learning on ABIDE-1 Dataset
Notice bibliographique
Résumé
Autism spectrum disorder (ASD) is a complex neurodevelopmental condition that presents significant diagnostic challenges due to its varied symptoms and nature. This study aims to improve ASD classification using advanced deep learning techniques applied to neuroimaging data. We developed an automated system leveraging the ABIDE-1 dataset and a novel lightweight quantized one-dimensional (1D) Convolutional Neural Network (Q-CNN) model to analyze fMRI data. Our approach employs the NIAK pipeline with multiple brain atlases and filtering methods. Initially, the Regions of Interest (ROIs) are converted into feature vectors using tangent space embedding to feed into the Q-CNN model. The proposed 1D-CNN is quantized through Quantize Aware Training (QAT). As the quantization method, int8 quantization is utilized, which makes it both robust and lightweight. We propose a federated learning (FL) framework to ensure data privacy, which allows decentralized training across different data centers without compromising local data security. Our findings indicate that the CC200 brain atlas, within the NIAK pipeline’s filt-global filtering methods, provides the best results for ASD classification. Notably, the ASD classification outcomes have achieved a significant test accuracy of 98% using the CC200 and filt-global filtering techniques. To the best of our knowledge, this performance surpasses previous studies in the field, highlighting a notable enhancement in ASD detection from fMRI data. Furthermore, the FL-based Q-CNN model demonstrated robust performance and high efficiency on a Raspberry Pi 4, underscoring its potential for real-world applications. We exhibit the efficacy of the Q-CNN model by comparing its inference time, power consumption, and storage requirements with those of the 1D-CNN, quantized CNN, and the proposed int8 Q-CNN models. This research has made several key contributions, including the development of a lightweight int8 Q-CNN model, the application of FL for data privacy, and the evaluation of the proposed model in real-world settings. By identifying optimal brain atlases and filtering methods, this study provides valuable insights for future research in the field of neurodevelopmental disorders.
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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 | 0,001 | 0,002 |
| 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 | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 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 ».