Prediction of Pivotal response treatment outcome with task fMRI using random forest and variable selection

随机森林 结果(博弈论) 计算机科学 选择(遗传算法) 特征选择 任务(项目管理) 变量(数学) 人工智能 随机变量 机器学习 统计 数学 工程类 数理经济学 数学分析 系统工程
作者
Juntang Zhuang,Nicha C. Dvornek,Xiaoxiao Li,Daniel Y.‐J. Yang,Pamela Ventola,James S. Duncan
标识
DOI:10.1109/isbi.2018.8363531
摘要

Behavior intervention has shown promise for treatment for young children with autism spectrum disorder (ASD). However, current therapeutic decisions are based on trial and error, often leading to suboptimal outcomes. We propose an approach that employs task-based fMRI for early outcome prediction. Our strategy is based on the general linear model (GLM) and a random forest, combined with feature selection techniques. GLM analysis is performed on each voxel to get t-statistic of contrast between two tasks. Due to the high dimensionality of predictor variables, feature selection is crucial for accurate prediction. Thus we propose a two-step feature selection method: a "shadow" method to select all-relevant variables, followed by a stepwise method to select minimal-optimal set of variables for prediction. A few columns of random noise are generated and added as shadow variables. Regression based on the random forest is performed, and permutation importance of each variable is estimated. Candidate voxels with higher importance than the shadow are kept. Surviving voxels are fed into stepwise variable selection methods. We test both forward and backward stepwise selection. Our method was validated on a dataset of 20 children with ASD using leave-one-out cross-validation, and compared to other standard regression methods. The proposed pipeline generated highest accuracy.
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