Feature aggregation graph convolutional network based on imaging genetic data for diagnosis and pathogeny identification of Alzheimer’s disease

计算机科学 邻接矩阵 人工智能 图形 特征(语言学) 节点(物理) 模式识别(心理学) 相关性 卷积神经网络 理论计算机科学 数学 几何学 语言学 结构工程 工程类 哲学
作者
Xia-an Bi,Wenyan Zhou,Sheng Luo,Yuhua Mao,Xi Hu,Bin Zeng,Luyun Xu
出处
期刊:Briefings in Bioinformatics [Oxford University Press]
卷期号:23 (3) 被引量:13
标识
DOI:10.1093/bib/bbac137
摘要

Abstract The roles of brain regions activities and gene expressions in the development of Alzheimer’s disease (AD) remain unclear. Existing imaging genetic studies usually has the problem of inefficiency and inadequate fusion of data. This study proposes a novel deep learning method to efficiently capture the development pattern of AD. First, we model the interaction between brain regions and genes as node-to-node feature aggregation in a brain region–gene network. Second, we propose a feature aggregation graph convolutional network (FAGCN) to transmit and update the node feature. Compared with the trivial graph convolutional procedure, we replace the input from the adjacency matrix with a weight matrix based on correlation analysis and consider common neighbor similarity to discover broader associations of nodes. Finally, we use a full-gradient saliency graph mechanism to score and extract the pathogenetic brain regions and risk genes. According to the results, FAGCN achieved the best performance among both traditional and cutting-edge methods and extracted AD-related brain regions and genes, providing theoretical and methodological support for the research of related diseases.
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