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Enregistrement W4402800238 · doi:10.3390/math12182886

Enhancing Autism Spectrum Disorder Classification with Lightweight Quantized CNNs and Federated Learning on ABIDE-1 Dataset

2024· article· en· W4402800238 sur OpenAlexaff
Simran Gupta, Md. Rahad Islam Bhuiyan, Sadia Sultana Chowa, Sidratul Montaha, Rashik Rahman, Sk. Tanzir Mehedi, Ziaur Rahman

Notice bibliographique

RevueMathematics · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueAutism Spectrum Disorder Research
Établissements canadiensUniversity of Calgary
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésAutism spectrum disorderComputer scienceSpectrum (functional analysis)Artificial intelligencePattern recognition (psychology)Machine learningAutismPsychologyPhysicsDevelopmental psychology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

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.

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)0,002
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: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,022
Score d'incertitude au seuil0,043

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

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

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 Opus0,037
Tête enseignante GPT0,309
Écart entre enseignants0,272 · 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

Citations5
Publié2024
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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