Enhancing Major Depressive Disorder Diagnosis with Dynamic-Static Fusion Graph Neural Networks

计算机科学 人工智能 人工神经网络 传感器融合 图论 图形 机器学习 理论计算机科学 数学 组合数学
作者
Tianyi Zhao,Gaoyan Zhang
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-10
标识
DOI:10.1109/jbhi.2024.3395611
摘要

Major Depressive Disorder (MDD) is a debilitating, complex mental condition with unclear mechanisms hindering diagnostic progress. Research links MDD to abnormal brain connectivity using functional magnetic resonance imaging (fMRI). Yet, existing fMRI-based MDD models suffer from limitations, including neglecting dynamic network traits, lacking interpretability, and struggling with small datasets. We present DSFGNN, a novel graph neural network framework addressing these issues for improved MDD diagnosis. DSFGNN employs a graph isomorphism encoder to model static and dynamic brain networks, achieving effective fusion of temporal and spatial information through a spatiotemporal attention mechanism, thereby enhancing interpretability. Furthermore, we incorporate a causal disentangling module and orthogonal regularization module to augment the model's expressiveness. We evaluate DSFGNN on the Rest-meta-MDD dataset, yielding superior results compared to the best baseline. Besides, extensive ablation studies and interpretability analysis confirm DSFGNN's effectiveness and potential for biomarker discovery.
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