A connectome-based deep learning approach for Early MCI and MCI detection using structural brain networks - 01/02/23

Doi : 10.1016/j.neuri.2023.100118 
Shayan Kolahkaj, Hoda Zare
 Medical Physics Research Center, Mashhad University of Medical Sciences, Mashhad, Iran 

Corresponding author.

Bienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.
Article gratuit.

Connectez-vous pour en bénéficier!

Abstract

Precise detection of Alzheimer's disease (AD), especially at the early stages, i.e., early mild cognitive impairment (EMCI) and MCI, allows the physicians to promptly intervene to prevent the progression to advanced stages. However, identification of such stages using non-invasive brain imaging techniques like DWI, remains one of the most challenging tasks due to the subtle and mild changes in the brain structures of the subjects. Findings from previous studies suggested that topological organization alterations occur in the DTI-derived structural connectomes in MCI patients. Therefore, for improving diagnosis performance, we presented a connectome-based deep learning architecture based on BrainNet Convolutional neural network (CNN) model. The proposed model automatically extracts hidden topological features from structural networks using specially-designed convolutional filters. Experiments on 360 subjects, including 120 subjects with EMCI, 120 subjects with MCI and, 120 normal controls (NCs), with both T1-weighted MRI and DWI scans from the Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative (ADNI), provided the highest binary classification accuracies of 0.96, 0.98, and 0.95 for NC/EMCI, NC/MCI and EMCI/MCI respectively.

In addition, we also investigated the effect of different atlas sizes and fiber descriptors as edge weights on the discriminative ability of the classification performance. Experimental results indicate that our approach exhibited superior performance to previous methods and performed effectively without any prior complex feature engineering and regardless the variability of imaging acquisition protocols and medical scanners.

Finally, we observed that DTI-based graph representation of brain regions connections preserve important but hidden connectivity pattern information to discriminate between clinical profiles, and our proposed approach could be easily extended to other neurodegenerative and neuropsychiatric diseases.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Mild cognitive impairment, Diffusion tensor imaging, Connectomes, Deep learning, Convolutional neural networks


Plan


© 2023  The Authors. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
Ajouter à ma bibliothèque Retirer de ma bibliothèque Imprimer
Export

    Export citations

  • Fichier

  • Contenu

Vol 3 - N° 1

Article 100118- mars 2023 Retour au numéro
Article précédent Article précédent
  • Quantitative EEG features and machine learning classifiers for eye-blink artifact detection: A comparative study
  • Maliha Rashida, Mohammad Ashfak Habib
| Article suivant Article suivant
  • Effects of breathing pathway and musical features on the processing of music induced emotions
  • Mohammad Javad Mollakazemi, Dibyajyoti Biswal, Brooke Place, Abhijit Patwardhan

Bienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.

Mon compte


Plateformes Elsevier Masson

Déclaration CNIL

EM-CONSULTE.COM est déclaré à la CNIL, déclaration n° 1286925.

En application de la loi nº78-17 du 6 janvier 1978 relative à l'informatique, aux fichiers et aux libertés, vous disposez des droits d'opposition (art.26 de la loi), d'accès (art.34 à 38 de la loi), et de rectification (art.36 de la loi) des données vous concernant. Ainsi, vous pouvez exiger que soient rectifiées, complétées, clarifiées, mises à jour ou effacées les informations vous concernant qui sont inexactes, incomplètes, équivoques, périmées ou dont la collecte ou l'utilisation ou la conservation est interdite.
Les informations personnelles concernant les visiteurs de notre site, y compris leur identité, sont confidentielles.
Le responsable du site s'engage sur l'honneur à respecter les conditions légales de confidentialité applicables en France et à ne pas divulguer ces informations à des tiers.


Tout le contenu de ce site: Copyright © 2024 Elsevier, ses concédants de licence et ses contributeurs. Tout les droits sont réservés, y compris ceux relatifs à l'exploration de textes et de données, a la formation en IA et aux technologies similaires. Pour tout contenu en libre accès, les conditions de licence Creative Commons s'appliquent.