Predicting Four-Year’s Alzheimer’s Disease Onset Using Longitudinal Neurocognitive Tests and MRI Data Using Explainable Deep Convolutional Neural Networks

神经认知 神经影像学 痴呆 卷积神经网络 人工智能 深度学习 认知 纵向研究 计算机科学 特征(语言学) 机器学习 物理医学与康复 疾病 医学 心理学 神经科学 内科学 病理 哲学 语言学
作者
Rohan Bapat,Da Ma,Timothy Q. Duong
出处
期刊:Journal of Alzheimer's Disease [IOS Press]
卷期号:97 (1): 459-469 被引量:1
标识
DOI:10.3233/jad-230893
摘要

Background: Prognosis of future risk of dementia from neuroimaging and cognitive data is important for optimizing clinical management for patients at early stage of Alzheimer’s disease (AD). However, existing studies lack an efficient way to integrate longitudinal information from both modalities to improve prognosis performance. Objective: In this study, we aim to develop and evaluate an explainable deep learning-based framework to predict mild cognitive impairment (MCI) to AD conversion within four years using longitudinal whole-brain 3D MRI and neurocognitive tests. Methods: We proposed a two-stage framework that first uses a 3D convolutional neural network to extract single-timepoint MRI-based AD-related latent features, followed by multi-modal longitudinal feature concatenation and a 1D convolutional neural network to predict the risk of future dementia onset in four years. Results: The proposed deep learning framework showed promising to predict MCI to AD conversion within 4 years using longitudinal whole-brain 3D MRI and cognitive data without extracting regional brain volumes or cortical thickness, reaching a balanced accuracy of 0.834, significantly improved from models trained from single timepoint or single modality. The post hoc model explainability revealed heatmap indicating regions that are important for predicting future risk of AD. Conclusions: The proposed framework sets the stage for future studies for using multi-modal longitudinal data to achieve optimal prediction for prognosis of AD onset, leading to better management of the diseases, thereby improving the quality of life.

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
lorena完成签到,获得积分20
刚刚
2秒前
Hello应助choo采纳,获得10
2秒前
YFTang完成签到,获得积分10
3秒前
4秒前
mys完成签到,获得积分10
4秒前
123发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
6秒前
快乐阿星闪闪完成签到,获得积分10
6秒前
111发布了新的文献求助10
6秒前
YOUNG完成签到 ,获得积分10
6秒前
2150号发布了新的文献求助150
7秒前
spring发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
8秒前
9秒前
9秒前
当你发布了新的文献求助10
9秒前
10秒前
孤独的迎滑完成签到,获得积分10
10秒前
haoyun发布了新的文献求助10
10秒前
淡淡的鹭洋完成签到 ,获得积分10
10秒前
10秒前
香蕉觅云应助俏皮绝山采纳,获得10
10秒前
Aspirin发布了新的文献求助10
11秒前
长得像杨蕃完成签到,获得积分10
11秒前
奋斗孤丹发布了新的文献求助10
11秒前
12秒前
虚掩的门发布了新的文献求助10
12秒前
Suzanne完成签到,获得积分10
13秒前
Kuseite发布了新的文献求助10
13秒前
13秒前
烟花应助liguanghan采纳,获得10
14秒前
喵喵发布了新的文献求助10
15秒前
15秒前
科研通AI2S应助聪明的我采纳,获得10
15秒前
StandardR发布了新的文献求助10
16秒前
英姑应助dd99081采纳,获得10
17秒前
18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
Metallurgy at high pressures and high temperatures 2000
Tier 1 Checklists for Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings 1000
PowerCascade: A Synthetic Dataset for Cascading Failure Analysis in Power Systems 1000
The Organic Chemistry of Biological Pathways Second Edition 1000
Signals, Systems, and Signal Processing 610
An Introduction to Medicinal Chemistry 第六版习题答案 600
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 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6333023
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8149676
关于积分的说明 17107589
捐赠科研通 5388807
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2856783
邀请新用户注册赠送积分活动 1834281
关于科研通互助平台的介绍 1685288