Retinal Deposits of TDP‐43 and Amyloid Beta and Associated Neurodegenerative Diseases are Accurately Classified using Measured Interactions with Polarized Light in Machine Learning Algorithms
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: We have shown that interactions with polarized light differed significantly between retinal amyloid beta deposits, associated with Alzheimer's disease, and deposits of TDP-43 found in the neurodegenerative diseases Frontotemporal Lobular Dementia (FTLD) and Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS). Our non-invasive retinal imaging could be the first differential diagnostic of these neurodegenerative diseases. Here, the deposits' polarized light interactions are used in machine learning to classify the deposits. METHOD: Post-mortem eyes and brains were obtained from 2 individuals with ALS, 1 of whom also had FTLD, and 4 individuals with FTLD, including 1 with Type C. Brain TDP-43 was present in the FTLD cases and some had age-related tau. Flat-mounted retinas were imaged using a polarimeter and then in thioflavin fluorescence. 270 presumed amyloid beta deposits in 10 individuals who had brain amyloid beta and tau and a moderate to high likelihood of AD, and 138 presumed TDP-43 deposits in those with FTLD and/or ALS were imaged. In 1 individual with concurrent low values of brain amyloid and 1 with FTLD-Type C, only thioflavin negative deposits were classed as potential TDP-43 deposits. Interactions of polarized light with deposits were analyzed. Random forest (RF), an ensemble learning method and convolutional neural networks (CNN), were then used to differentiate amyloid beta from TDP-43 deposits. RESULT: The deposit means and/or standard deviations of nine different polarized light interactions were significantly different between the presumed TDP-43 retinal deposits, found in ALS and FTLD, and amyloid deposits found in AD. With borderline SMOTE augmentation of the data, we achieved a classification accuracy of 86.5± 0.6% using random forest, utilizing 6 of these interactions. CNN achieved a classification accuracy of >96% accuracy using images of the distributions of 3 polarimetric properties. CONCLUSION: Machine learning, using the averages and standard deviations of polarized light properties in RF or images showing the distribution of these properties across the deposits (CNN) can differentiate retinal deposits associated with Alzheimer's disease from those associated with ALS and FTLD, with a relatively high accuracy. This first differential diagnostic of Alzheimer's disease from TDP-43 related diseases, is early, non-invasive and inexpensive and would reach underserved populations.
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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 | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 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 | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| 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 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 ».