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
Dellamoffy完成签到,获得积分10
1秒前
光亮的书文完成签到,获得积分10
1秒前
WittingGU完成签到,获得积分0
1秒前
xixi完成签到 ,获得积分10
2秒前
2秒前
闪电侠完成签到 ,获得积分10
2秒前
大个应助woobinhua采纳,获得10
2秒前
Jack_academic完成签到,获得积分10
3秒前
研友_La17wL完成签到,获得积分10
3秒前
YOLOcc完成签到 ,获得积分10
3秒前
YC发布了新的文献求助10
6秒前
芝麻配海带完成签到,获得积分10
6秒前
fafa完成签到 ,获得积分10
7秒前
103x完成签到,获得积分10
7秒前
阿昊完成签到,获得积分10
8秒前
xiangzq完成签到,获得积分10
8秒前
温茹完成签到 ,获得积分10
8秒前
ssssss完成签到,获得积分10
8秒前
xinL完成签到,获得积分10
8秒前
天道酬勤完成签到,获得积分10
9秒前
lili完成签到 ,获得积分10
11秒前
小河流水完成签到 ,获得积分10
12秒前
潇湘夜雨完成签到,获得积分10
14秒前
ccc完成签到,获得积分10
14秒前
Jin完成签到,获得积分10
15秒前
YC完成签到,获得积分10
16秒前
子车谷波完成签到,获得积分10
19秒前
Rn完成签到 ,获得积分0
20秒前
21秒前
大方的慕青完成签到,获得积分10
21秒前
fubq0321完成签到 ,获得积分10
22秒前
菜鸟果果完成签到,获得积分10
22秒前
科研民工完成签到,获得积分10
23秒前
Ulrica完成签到,获得积分10
25秒前
April完成签到,获得积分10
26秒前
六十变九十完成签到,获得积分10
26秒前
COCA发布了新的文献求助10
27秒前
科研骏马完成签到 ,获得积分10
27秒前
画饼品鉴师完成签到,获得积分10
27秒前
馅饼完成签到,获得积分10
27秒前
高分求助中
Markov Chain Monte Carlo 10000
(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
Common Foundations of American and East Asian Modernisation: From Alexander Hamilton to Junichero Koizumi 2000
Advanced Weaponeering Fourth Edition, Volume 2 1000
Weaponeering: An Introduction Fourth Edition, Volume 1 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 7550383
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9133170
关于积分的说明 19513944
捐赠科研通 7142487
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3260061
关于科研通互助平台的介绍 2426762
邀请新用户注册赠送积分活动 2249010