Interpretable Cognitive Ability Prediction: A Comprehensive Gated Graph Transformer Framework for Analyzing Functional Brain Networks

可解释性 计算机科学 人工智能 连接体 认知 机器学习 图形 人类连接体项目 功能磁共振成像 神经科学 功能连接 理论计算机科学 心理学
作者
Gang Qu,Anton Orlichenko,Junqi Wang,Gemeng Zhang,Li Xiao,Kun Zhang,Tony W. Wilson,Julia M. Stephen,Vince D. Calhoun,Yu‐Ping Wang
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:43 (4): 1568-1578 被引量:3
标识
DOI:10.1109/tmi.2023.3343365
摘要

Graph convolutional deep learning has emerged as a promising method to explore the functional organization of the human brain in neuroscience research. This paper presents a novel framework that utilizes the gated graph transformer (GGT) model to predict individuals' cognitive ability based on functional connectivity (FC) derived from fMRI. Our framework incorporates prior spatial knowledge and uses a random-walk diffusion strategy that captures the intricate structural and functional relationships between different brain regions. Specifically, our approach employs learnable structural and positional encodings (LSPE) in conjunction with a gating mechanism to efficiently disentangle the learning of positional encoding (PE) and graph embeddings. Additionally, we utilize the attention mechanism to derive multi-view node feature embeddings and dynamically distribute propagation weights between each node and its neighbors, which facilitates the identification of significant biomarkers from functional brain networks and thus enhances the interpretability of the findings. To evaluate our proposed model in cognitive ability prediction, we conduct experiments on two large-scale brain imaging datasets: the Philadelphia Neurodevelopmental Cohort (PNC) and the Human Connectome Project (HCP). The results show that our approach not only outperforms existing methods in prediction accuracy but also provides superior explainability, which can be used to identify important FCs underlying cognitive behaviors.
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
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

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
娜娜子欧完成签到,获得积分10
刚刚
douzi完成签到,获得积分10
刚刚
杨111完成签到 ,获得积分10
1秒前
猫猫小队长完成签到 ,获得积分10
1秒前
辛勤的大雁完成签到,获得积分10
1秒前
Ariesfei发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
智海瑞完成签到,获得积分10
3秒前
白白白完成签到 ,获得积分10
3秒前
lizh187完成签到 ,获得积分10
3秒前
3秒前
木一发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
科研小白发布了新的文献求助10
4秒前
卓涵柏发布了新的文献求助30
4秒前
Crest完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
woo发布了新的文献求助10
6秒前
7秒前
7秒前
7秒前
温暖芷文完成签到,获得积分10
7秒前
禹hs发布了新的文献求助10
8秒前
刘强完成签到,获得积分10
8秒前
Yuanyuan发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
9秒前
zhou发布了新的文献求助10
9秒前
巴巴变发布了新的文献求助30
9秒前
儒雅的函发布了新的文献求助10
10秒前
安南完成签到 ,获得积分10
10秒前
充电宝应助木一采纳,获得30
11秒前
余生发布了新的文献求助10
11秒前
求求科研完成签到,获得积分10
11秒前
格拉希尔完成签到,获得积分10
11秒前
卓涵柏完成签到,获得积分10
12秒前
joy发布了新的文献求助10
12秒前
12秒前
小王同学完成签到,获得积分10
12秒前
高分求助中
The Mother of All Tableaux Order, Equivalence, and Geometry in the Large-scale Structure of Optimality Theory 2400
Ophthalmic Equipment Market by Devices(surgical: vitreorentinal,IOLs,OVDs,contact lens,RGP lens,backflush,diagnostic&monitoring:OCT,actorefractor,keratometer,tonometer,ophthalmoscpe,OVD), End User,Buying Criteria-Global Forecast to2029 2000
Optimal Transport: A Comprehensive Introduction to Modeling, Analysis, Simulation, Applications 800
Official Methods of Analysis of AOAC INTERNATIONAL 600
ACSM’s Guidelines for Exercise Testing and Prescription, 12th edition 588
A new approach to the extrapolation of accelerated life test data 500
T/CIET 1202-2025 可吸收再生氧化纤维素止血材料 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 冶金 细胞生物学 免疫学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3953854
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3499843
关于积分的说明 11096972
捐赠科研通 3230263
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1785901
邀请新用户注册赠送积分活动 869663
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 801530