Machine Learning Methods for Structural Brain MRIs: Applications for Alzheimer’s Disease and Autism Spectrum Disorder
Notice bibliographique
Résumé
This thesis deals with the development of novel machine learning applications to automatically detect brain disorders based on magnetic resonance imaging (MRI) data, with a particular focus on Alzheimer’s disease and the autism spectrum disorder. Machine learning approaches are used extensively in neuroimaging studies of brain disorders to investigate abnormalities in various brain regions. However, there are many technical challenges in the analysis of neuroimaging data, for example, high dimensionality, the limited amount of data, and high variance in that data due to many confounding factors. These limitations make the development of appropriate computational approaches more challenging. To deal with these existing challenges, we target multiple machine learning approaches, including supervised and semi-supervised learning, domain adaptation, and dimensionality reduction methods. In the current study, we aim to construct effective biomarkers with sufficient sensitivity and specificity that can help physicians better understand the diseases and make improved diagnoses or treatment choices. The main contributions are 1) development of a novel biomarker for predicting Alzheimer’s disease in mild cognitive impairment patients by integrating structural MRI data and neuropsychological test results and 2) the development of a new computational approach for predicting disease severity in autistic patients in agglomerative data by automatically combining structural information obtained from different brain regions. In addition, we investigate various data-driven feature selection and classification methods for whole brain, voxel-based classification analysis of structural MRI and the use of semi-supervised learning approaches to predict Alzheimer’s disease. We also analyze the relationship between disease-related structural changes and cognitive states of patients with Alzheimer’s disease. The positive results of this effort provide insights into how to construct better biomarkers based on multisource data analysis of patient and healthy cohorts that may enable early diagnosis of brain disorders, detection of brain abnormalities and understanding effective processing in patient and healthy groups. Further, the methodologies and basic principles presented in this thesis are not only suited to the studied cases, but also are applicable to other similar problems.
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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 | 0,006 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| 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 ».