Deep Stacking Networks for Conditional Nonlinear Granger Causal Modeling of fMRI Data

计算机科学 非线性系统 人工智能 堆积 因果模型 算法 模式识别(心理学) 数学 统计 核磁共振 量子力学 物理
作者
Kai-Cheng Chuang,Sreekrishna Ramakrishnapillai,Lydia A. Bazzano,Owen Carmichael
出处
期刊:Lecture Notes in Computer Science [Springer Science+Business Media]
卷期号:: 113-124 被引量:2
标识
DOI:10.1007/978-3-030-87586-2_12
摘要

Conditional Granger causality, based on functional magnetic resonance imaging (fMRI) time series signals, is the quantification of how strongly brain activity in a certain source brain region contributes to brain activity in a target brain region, independent of the contributions of other source regions. Current methods to solve this problem are either unable to model nonlinear relationships between source and target signals, unable to efficiently quantify time lags in source-target relationships, or require ad hoc parameter settings and post hoc calculations to assess conditional Granger causality. This paper proposes the use of deep stacking networks, with dilated convolutional neural networks (CNNs) as component parts, to address these challenges. The dilated CNNs nonlinearly model the target signal as a function of source signals. Conditional Granger causality is assessed in terms of how much modeling fidelity increases when additional dilated CNNs are added to the model. Time lags between source and target signals are estimated by analyzing estimated dilated CNN parameters. Our technique successfully estimated conditional Granger causality, did not spuriously identify false causal relationships, and correctly estimated time lags when applied to synthetic datasets and data generated by the STANCE fMRI simulator. When applied to real-world task fMRI data from an epidemiological cohort, the method identified biologically plausible causal relationships among regions known to be task-engaged and provided new information about causal structure among sources and targets that traditional single-source causal modeling could not provide. The proposed method is promising for modeling complex Granger causal relationships within brain networks.

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
zshiao完成签到 ,获得积分10
刚刚
简单发布了新的文献求助10
刚刚
小成完成签到 ,获得积分10
2秒前
俏皮诺言完成签到,获得积分10
3秒前
lxg完成签到 ,获得积分10
3秒前
null的应助被游前途采纳,获得10
3秒前
研友_GZ3zRn完成签到 ,获得积分0
4秒前
温暖宛筠完成签到,获得积分10
5秒前
英俊的大炮完成签到 ,获得积分10
5秒前
zhao完成签到 ,获得积分10
7秒前
zheng完成签到,获得积分10
10秒前
俊逸的平卉完成签到 ,获得积分10
10秒前
Tree_QD发布了新的文献求助10
11秒前
zero完成签到,获得积分10
11秒前
坚强的绿萝完成签到 ,获得积分10
12秒前
kxz完成签到 ,获得积分10
12秒前
优美成威完成签到,获得积分10
13秒前
执Y完成签到 ,获得积分10
14秒前
会飞的包子完成签到,获得积分10
15秒前
梦安完成签到 ,获得积分10
16秒前
科研通AI6.4的应助被科研小蔡采纳,获得10
18秒前
orixero的应助被dophin采纳,获得10
18秒前
lilylwy完成签到 ,获得积分0
18秒前
呆萌的栗子完成签到 ,获得积分10
20秒前
笨笨的蓝天完成签到,获得积分10
20秒前
QAQSS完成签到 ,获得积分10
21秒前
周周周完成签到 ,获得积分10
22秒前
你是我的唯一完成签到 ,获得积分10
24秒前
含蓄凡白完成签到 ,获得积分10
25秒前
研友_Zrlk7L完成签到,获得积分10
25秒前
田f完成签到 ,获得积分10
25秒前
郑浩完成签到,获得积分10
26秒前
Marciu33的应助被优美成威采纳,获得10
29秒前
June的应助被优美成威采纳,获得10
29秒前
29秒前
王医师完成签到,获得积分10
31秒前
JUAN完成签到,获得积分10
33秒前
何先生完成签到 ,获得积分10
35秒前
ninini完成签到 ,获得积分10
36秒前
独特的绿蝶完成签到,获得积分10
36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
Energie-Contracting 1500
Spec 401: Standards for Jet Fuel Facility and Equipment Commissioning and Flushing at Airports, 2026.1 (Original Issue) 1000
Spec 103: Standard for Jet Fuel Quality Control at Airports, Revision 2026.1 1000
Mathematical models in hydrology 1000
Klimaschutzrecht durch den Energiesektor im Mehrebenensystem – Ein Rechtsvergleich 1000
Introduction to Industrial/Organizational Psychology 800
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8091654
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9503982
关于积分的说明 21438019
捐赠科研通 7663891
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3405041
关于科研通互助平台的介绍 2533397
邀请新用户注册赠送积分活动 2443707