Deceptive Bias Measurement in Deep Learning: Assessing Shortcut Reliance in TCGA Cancer Models
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Bias in machine learning is a persistent challenge because it can create unfair outcomes, limit generalization, and reduce trust in real-world applications. A key source of this problem is shortcut learning, where models exploit signals linked to sensitive attributes, such as data source or collection site, instead of relying on task, relevant features. To tackle this, we propose the Deceptive Signal metric, a novel quantitative measure designed to assess the extent of a model’s reliance on hidden shortcuts during the learning process. This metric is derived via the Deceptive Bias Detection pipeline, which isolates shortcut dependence by contrasting model behavior under two controlled conditions: (1) Full Exclusion, where a sensitive subgroup is completely removed from training; and (2) Partial Exclusion, where the model has limited access to specific classes within the subgroup. By calculating the behavioral shift between these settings, the Deceptive Signal metric provides a concrete value representing the model’s proneness to learning task-irrelevant patterns. In experiments with the TCGA histopathology dataset, our metric successfully quantified strong dependencies on center-specific artifacts in models trained for cancer classification. Author summary Deep learning models are becoming powerful tools in healthcare, but they often suffer from a critical vulnerability: they can get the right answer for the wrong reason. In medical imaging, an AI might correctly identify a tumor not by analyzing the tissue, but by recognizing irrelevant digital markers unique to the specific hospital or scanner that produced the image. This phenomenon, known as shortcut learning, makes AI systems appear accurate at first glance while remaining unreliable for real-world patient care. To solve this, our research moves beyond simple accuracy checks and introduces a specific quantitative metric for shortcut learning. We developed a testing framework that forces the model into controlled training scenarios, deliberately withholding specific “shortcut” information to see how the model reacts. By mathematically comparing the model’s behavior across these scenarios, we calculate a precise score that indicates the magnitude of the model’s dependence on irrelevant patterns. This metric allows to put a concrete number on a model’s trustworthiness and ensuring that medical decisions are driven by biology, not background noise.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,005 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,006 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,003 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 tête enseignante, 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 ».