Uncertainty Aware Tri-Modal Fusion with Faithful Explainability for Five-Stage Alzheimer's Disease Classification
Notice bibliographique
Résumé
Early and accurate staging of Alzheimer's disease (AD) is a significant facet of prognosis, clinical trial participation and treatment selection, but remains difficult because single modality approaches apply each input equally and do not capture complimentary biomarkers. Presented with this problem, we proposed an uncertainty-aware tri-modal framework that combines, (i) IBSI compliant radiomic features obtained from the hippocampus, ventricles and cortex, (ii) 3D Swin-UNet transformer embeddings that encodes the multi-scale atrophy patterns, and (iii) fine-grained cognitive scores from the Mini-Mental State Examination (MMSE) and the Montreal Cognitive Assessment (MoCA). Our model makes use of Monte-Carlo dropout to jointly estimate patient-specific epistemic uncertainty, which dynamically weights each mode of input through a gated self-attention mechanism, automatically eliminating the weight of noise from motion-corrupted Magnetic Resonance Imaging (MRI) or unreliable assessments measuring cognitive performance. The framework is evaluated on 1,080 individuals from ADNI, OASIS-3, and AIBL datasets and yields an average accuracy of$88.6 \pm 1.2 \%$, and average Macro F1 and MacroAUC of$86.4 \pm 1.3 \%$and 0.918 respectively across five AD stages, while also achieving 87.2 % accuracy on a completely independent multi-site test set. Importantly, these performance metrics are on par with or exceed state-of-the-art observation models, and are achieved using a low-cost T4 GPU in just$0.11 ~\mathrm{s} / \text{scan}$. Our model has a three-part explainability system using the transformers' saliency maps, the radiomic SHAP values, and the cognitive item attention weights, and demonstrates strong causal effort: perturbation of the voxels in the top- 10 % of saliency reduced confidence by 25 %, while masking the random regions had less than ($<5 \%$) effect on confidence. These results collectively indicate that uncertainty-aware multimodal fusion and rigorous validation for interpretability are imperative in creating clinically permissible AD stage systems.
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 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 | 0,004 | 0,007 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 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 ».