Hybrid federated learning with brain-region attention network for multi-center Alzheimer's disease detection

稳健性(进化) 计算机科学 深度学习 人工智能 标记数据 感兴趣区域 编码(集合论) 人工神经网络 机器学习 模式识别(心理学) 生物化学 基因 集合(抽象数据类型) 化学 程序设计语言
作者
Baiying Lei,liang yu,Jiayi Xie,You Wu,Enmin Liang,Yong Liu,Peng Yang,Tianfu Wang,C. X. Liu,Jichen Du,Xiaohua Xiao,Shuqiang Wang
出处
期刊:Pattern Recognition [Elsevier]
卷期号:153: 110423-110423 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.patcog.2024.110423
摘要

Identifying reproducible and interpretable biomarkers for Alzheimer's disease (AD) detection remains a challenge. AD detection using multi-center datasets can expand the sample size to improve robustness but might lead to a data privacy problem. Moreover, due to the high cost of labeling data, a lot of unlabeled data in each center is not fully utilized. To address this, a hybrid FL (HFL) framework is proposed that not only uses unlabeled data to train deep learning networks, but also achieves data privacy protection. We propose a novel Brain-region Attention Network (BANet), which highlights important regions via attention to represent the region of interest (ROIs).Specifically, we use a brain template to extract ROI signals from the preprocessed structure magnetic resonance imaging (sMRI) data. In addition, we add a self-supervised loss to the current loss to guide the attention map generation to learn the representations from unlabeled data. Finally, we evaluate our method on a multi-center database which is constructed using five AD datasets. The experimental results show that the proposed method performs better than state-of-the-art methods, achieving mean accuracy rates of 85.69%, 63.34%, and 69.89% on the AD vs. NC, MCI vs. NC, and AD vs. MCI respectively. The source code is available for reproducibility at: https://github.com/yuliangCarmelo/HFL.
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