Analysis and visualization of the effect of multiple sclerosis on biological brain age
Notice bibliographique
Résumé
Introduction The rate of neurodegeneration in multiple sclerosis (MS) is an important biomarker for disease progression but can be challenging to quantify. The brain age gap, which quantifies the difference between a patient's chronological and their estimated biological brain age, might be a valuable biomarker of neurodegeneration in patients with MS. Thus, the aim of this study was to investigate the value of an image-based prediction of the brain age gap using a deep learning model and compare brain age gap values between healthy individuals and patients with MS. Methods A multi-center dataset consisting of 5,294 T1-weighted magnetic resonance images of the brain from healthy individuals aged between 19 and 89 years was used to train a convolutional neural network (CNN) for biological brain age prediction. The trained model was then used to calculate the brain age gap in 195 patients with relapsing remitting MS (20–60 years). Additionally, saliency maps were generated for healthy subjects and patients with MS to identify brain regions that were deemed important for the brain age prediction task by the CNN. Results Overall, the application of the CNN revealed accelerated brain aging with a larger brain age gap for patients with MS with a mean of 6.98 ± 7.18 years in comparison to healthy test set subjects (0.23 ± 4.64 years). The brain age gap for MS patients was weakly to moderately correlated with age at disease onset (ρ = −0.299, p < 0.0001), EDSS score (ρ = 0.206, p = 0.004), disease duration (ρ = 0.162, p = 0.024), lesion volume (ρ = 0.630, p < 0.0001), and brain parenchymal fraction (ρ = −0.718, p < 0.0001). The saliency maps indicated significant differences in the lateral ventricle (p < 0.0001), insula (p < 0.0001), third ventricle (p < 0.0001), and fourth ventricle (p = 0.0001) in the right hemisphere. In the left hemisphere, the inferior lateral ventricle (p < 0.0001) and the third ventricle (p < 0.0001) showed significant differences. Furthermore, the Dice similarity coefficient showed the highest overlap of salient regions between the MS patients and the oldest healthy subjects, indicating that neurodegeneration is accelerated in this patient cohort. Discussion In conclusion, the results of this study show that the brain age gap is a valuable surrogate biomarker to measure disease progression in patients with multiple sclerosis.
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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 | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 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 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 ».