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Enregistrement W4414615361 · doi:10.7717/peerj-cs.3208

Transformers and capsule networks <i>vs</i> classical ML on clinical data for alzheimer classification

2025· article· en· W4414615361 sur OpenAlexfundno aff
Mario Alejandro Bravo-Ortíz, Sergio Alejandro Holguín-García, Ernesto Guevara-Navarro, Esteban Cerón-Cabrera, Alejandro Mora-Rubio, Harold Brayan Arteaga-Arteaga, Gonzalo A. Ruz, Reinel Tabares-Soto

Notice bibliographique

RevuePeerJ Computer Science · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueMachine Learning in Healthcare
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesNational Institute of Biomedical Imaging and BioengineeringCanadian Institutes of Health ResearchGE HealthcareAgenția Națională pentru Cercetare și DezvoltareIXICONational Institutes of HealthH. Lundbeck A/SServierNational Institute on AgingAlzheimer's AssociationUniversidad de CaldasBiogenRocheEli Lilly and CompanyNovartis Pharmaceuticals Corporation
Mots-clésInterpretabilityOversamplingDementiaConvolutional neural networkDeep learningFeature selectionBoosting (machine learning)CognitionNeuroimaging

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

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.

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)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,005
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: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,012

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,005
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

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 Opus0,135
Tête enseignante GPT0,425
Écart entre enseignants0,290 · 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

Citations0
Publié2025
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Résumé présentoui

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