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Intra and inter-regional functional connectivity of the human brain due to Task-Evoked fMRI Data classification through CNN & LSTM - 25/05/24

Doi : 10.1016/j.neurad.2024.02.006 
Haniyeh Kaheni a, Mohammad Bagher Shiran, Ph.D. a, Seyed Kamran Kamrava, M.D. b, Arash Zare-Sadeghi, Ph.D. a,
a Finetech in Medicine Research Center, Department of Medical Physics, School of Medicine, Iran University of Medical Sciences (IUMS), Tehran, Iran 
b ENT and Head and Neck Research Center and Department, The Five Senses Health Institute, School of Medicine, Iran University of Medical Sciences, Tehran, Iran 

Corresponding author: Iran University of Medical Sciences, Hemmat Highway, Tehran, IranIran University of Medical Sciences, Hemmat HighwayTehranIran

Abstract

Background and purpose

Olfaction is an early marker of neurodegenerative disease. Standard olfactory function is essential due to the importance of olfaction in human life. The psychophysical evaluation assesses the olfactory function commonly. It is patient-reported, and results rely on the patient's answers and collaboration. However, methodological difficulties attributed to the psychophysical evaluation of olfactory-related cerebral areas led to limited assessment of olfactory function in the human brain.

Materials and Methods

The current study utilized clustering approaches to assess olfactory function in fMRI data and used brain activity to parcellate the brain with homogeneous properties. Deep neural network architecture based on ResNet convolutional neural networks (CNN) and Long Short-Term Model (LSTM) designed to classify healthy with olfactory disorders subjects.

Results

The fMRI result obtained by k-means unsupervised machine learning model was within the expected outcome and similar to those found with the conn toolbox in detecting active areas. There was no significant difference between the means of subjects and every subject. Proposing a CRNN deep learning model to classify fMRI data in two different healthy and with olfactory disorders groups leads to an accuracy score of 97 %.

Conclusions

The K-means unsupervised algorithm can detect the active regions in the brain and analyze olfactory function. Classification results prove the CNN-LSTM architecture using ResNet provides the best accuracy score in olfactory fMRI data. It is the first attempt conducted on olfactory fMRI data in detail until now.

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Graphical abstract




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Keywords : Functional magnetic resonance imaging, Olfaction, Data classification, Machine learning, Deep learning, Brain parcellation


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Vol 51 - N° 4

Article 101188- juin 2024 Retour au numéro
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