BrainGNN: Interpretable Brain Graph Neural Network for fMRI Analysis

计算机科学 联营 人工智能 神经影像学 模式识别(心理学) 人类连接体项目 机器学习 功能磁共振成像 图形 连接体 心理学 神经科学 功能连接 理论计算机科学
作者
Xiaoxiao Li,Yuan Zhou,Nicha C. Dvornek,Muhan Zhang,Siyuan Gao,Juntang Zhuang,Dustin Scheinost,Lawrence H. Staib,Pamela Ventola,James S. Duncan
出处
期刊:Medical Image Analysis [Elsevier BV]
卷期号:74: 102233-102233 被引量:650
标识
DOI:10.1016/j.media.2021.102233
摘要

Understanding which brain regions are related to a specific neurological disorder or cognitive stimuli has been an important area of neuroimaging research. We propose BrainGNN, a graph neural network (GNN) framework to analyze functional magnetic resonance images (fMRI) and discover neurological biomarkers. Considering the special property of brain graphs, we design novel ROI-aware graph convolutional (Ra-GConv) layers that leverage the topological and functional information of fMRI. Motivated by the need for transparency in medical image analysis, our BrainGNN contains ROI-selection pooling layers (R-pool) that highlight salient ROIs (nodes in the graph), so that we can infer which ROIs are important for prediction. Furthermore, we propose regularization terms—unit loss, topK pooling (TPK) loss and group-level consistency (GLC) loss—on pooling results to encourage reasonable ROI-selection and provide flexibility to encourage either fully individual- or patterns that agree with group-level data. We apply the BrainGNN framework on two independent fMRI datasets: an Autism Spectrum Disorder (ASD) fMRI dataset and data from the Human Connectome Project (HCP) 900 Subject Release. We investigate different choices of the hyper-parameters and show that BrainGNN outperforms the alternative fMRI image analysis methods in terms of four different evaluation metrics. The obtained community clustering and salient ROI detection results show a high correspondence with the previous neuroimaging-derived evidence of biomarkers for ASD and specific task states decoded for HCP. Our code is available at https://github.com/xxlya/BrainGNN_Pytorch
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
无敌橙汁oh完成签到 ,获得积分10
刚刚
77完成签到 ,获得积分10
刚刚
1秒前
Beforemoon完成签到 ,获得积分10
2秒前
刘赟发布了新的文献求助10
3秒前
任性天晴完成签到,获得积分10
4秒前
5秒前
明亮宝莹完成签到,获得积分10
5秒前
JamesPei应助科研通管家采纳,获得10
6秒前
pokexuejiao应助科研通管家采纳,获得10
6秒前
6秒前
田様应助科研通管家采纳,获得10
6秒前
6秒前
6秒前
lucky应助科研通管家采纳,获得10
6秒前
7秒前
情怀应助科研通管家采纳,获得10
7秒前
HuiLang应助科研通管家采纳,获得10
7秒前
7秒前
在水一方应助wwwww采纳,获得150
8秒前
日出发布了新的文献求助10
8秒前
CipherSage应助wwwww采纳,获得10
8秒前
英姑应助wwwww采纳,获得10
8秒前
打打应助明理夜山采纳,获得10
8秒前
8秒前
9秒前
9秒前
可靠的雪青完成签到,获得积分20
10秒前
11秒前
酷波er应助日出采纳,获得10
12秒前
Wenjian7761完成签到,获得积分10
13秒前
科研通AI6.3应助Throne采纳,获得10
13秒前
14秒前
15秒前
HanFeiZi发布了新的文献求助10
15秒前
15秒前
花花发布了新的文献求助10
15秒前
16秒前
赘婿应助wwwww采纳,获得10
16秒前
充电宝应助wwwww采纳,获得10
16秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Markov Chain Monte Carlo 5000
Weaponeering: An Introduction Fourth Edition, Volume 1 1000
Advanced Weaponeering Fourth Edition, Volume 2 1000
Evidence Summary. Injection (subcutaneous):op- timal administration 1000
悉尼大学博士学位论文,题目:Modelling and testing of one-sided stitched laminated composites. 作者:Kristopher P. Plain 700
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 610
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7494167
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9085664
关于积分的说明 19377300
捐赠科研通 7106063
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3249687
关于科研通互助平台的介绍 2419124
邀请新用户注册赠送积分活动 2235379