Transformers and capsule networks <i>vs</i> classical ML on clinical data for alzheimer classification
Notice bibliographique
Résumé
Alzheimer’s disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder and the leading cause of dementia worldwide. Although clinical examinations and neuroimaging are considered the diagnostic gold standard, their high cost, lengthy acquisition times, and limited accessibility underscore the need for alternative approaches. This study presents a rigorous comparative analysis of traditional machine learning (ML) algorithms and advanced deep learning (DL) architectures that that rely solely on structured clinical data, enabling early, scalable AD detection. We propose a novel hybrid model that integrates a convolutional neural networks (CNNs), DigitCapsule-Net, and a Transformer encoder to classify four disease stages—cognitively normal (CN), early mild cognitive impairment (EMCI), late mild cognitive impairment (LMCI), and AD. Feature selection was carried out on the ADNI cohort with the Boruta algorithm, Elastic Net regularization, and information-gain ranking. To address class imbalance, we applied three oversampling techniques: synthetic minority oversampling technique (SMOTE), oversample using adaptive synthetic (ADASYN), and SMOTE-Tomek. In the three-class setting, the CNN + DigitCapsule-Net hybrid attained 90.58% accuracy, outperforming state-of-the-art baselines that rely only on clinical variables. A tuned gradient boosting (GB) model achieved comparable performance with substantially lower computational requirements. Model interpretability was assessed with SHAP and gradient-weighted class activation map (Grad-CAM), which identified Clinical Dementia Rating-Sum of Boxes (CRD-SB), Logical Memory-Delayed Recall Total Number of Story Units Recalled (LDELTOTAL), and Modified Preclinical Alzheimer Cognitive Composite with Trails B (mPACC-TrailsB) as the most informative clinical features. This combination of predictive strength, computational efficiency, and transparent interpretation positions the proposed approach as a promising open-source tool for facilitating early AD diagnosis in clinical settings.
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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 | 0,002 | 0,005 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| 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 ».