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
刚刚
2秒前
three发布了新的文献求助30
2秒前
大个应助笑点低的一一采纳,获得10
2秒前
情怀应助旺仔采纳,获得30
2秒前
Dr bao完成签到,获得积分10
3秒前
5秒前
ZSS_ism发布了新的文献求助10
5秒前
Jing关注了科研通微信公众号
6秒前
充电宝应助陈宇龙采纳,获得10
7秒前
7秒前
罗梦完成签到 ,获得积分10
7秒前
7秒前
马里奥完成签到,获得积分10
8秒前
uy完成签到,获得积分10
10秒前
风清扬发布了新的文献求助10
11秒前
12秒前
wan完成签到 ,获得积分10
12秒前
duoduo发布了新的文献求助10
12秒前
13秒前
Lucas应助津门霍元甲采纳,获得10
13秒前
15秒前
冷月完成签到,获得积分10
15秒前
15秒前
17秒前
能干小懒虫完成签到,获得积分10
17秒前
molihuakai应助悲凉的海安采纳,获得10
17秒前
科研通AI6.2应助小象采纳,获得10
17秒前
17秒前
Denden完成签到,获得积分10
18秒前
林敏榆完成签到 ,获得积分10
18秒前
18秒前
2U完成签到,获得积分20
19秒前
尿成一条线应助刘甲凯采纳,获得10
20秒前
李小野完成签到 ,获得积分10
20秒前
徐俊大完成签到,获得积分10
20秒前
20秒前
暴躁莹子完成签到 ,获得积分10
21秒前
21秒前
Dr bao发布了新的文献求助10
21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
2026年中国辛酸癸酸聚乙二醇甘油酯行业市场现状调查及投资机会研判报告 1000
2026年中国辛酸癸酸聚乙二醇甘油酯行业市场规模及竞争格局分析报告 1000
48V Low-voltage Power Distribution Network (PDN) Architecture Industry Report, 2024 800
Fundamentals of Pharmaceutical and Biologics Regulations: A Global Perspective, Second Edition 700
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
Periodic Report Summary 2 - AFTER (A Framework for electrical power sysTems vulnerability identification, dEfense and Restoration) 500
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 7319318
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8935021
关于积分的说明 18940685
捐赠科研通 6978073
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3214386
关于科研通互助平台的介绍 2382259
邀请新用户注册赠送积分活动 2193366