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大脑年龄预测:机器学习工作流程的系统比较研究

脑解剖扫描预测的年龄和实际年龄之间的差异,如脑年龄增量,为非典型性衰老提供了一个指示。机器学习 (ML) 算法已被用于大脑年龄的估计,然而这些算法的性能,包括(1)数据集内的准确性,  (2)跨数据集的泛化,  (3)重新测试的可靠性,和(4)纵向一致性仍然没有确定可比较的标准。本研究评估了128个工作流程,其中包括来自灰质 (GM) 图像的16个特征和8个具有不同归纳偏差的ML算法。利用四个覆盖成人寿命的大型神经成像数据库进行分析 (总N=2953,18-88岁),显示了包含4.73—8.38年的数据集中平均绝对误差 (MAE ) ,其中32个广泛抽样的工作流显示了包含5.23—8.98年的交叉数据集的MAE。结果得到:前10个工作流程的重测信度和纵向一致性具有可比性。特征的选择和ML算法都影响了性能。具体来说,体素级特征空间 (平滑和重采样) ,有和没有主成分分析,非线性和基于核的ML算法表现良好。在数据集内和跨数据集内的预测之间,大脑年龄增量与行为测量的相关性不一致。在ADNI样本上应用表现最佳的工作流程显示,与健康对照组相比,阿尔茨海默病患者和轻度认知障碍患者的脑龄增量明显高于健康对照组。在存在年龄偏倚的情况下,患者的脑龄增量估计因用于偏倚校正的样本而不同。总之,大脑年龄具有一定应用前景,但还需要进一步的评估和改进。

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NC:新生儿大脑结构连接的网络可控性

白质连接通过有效地限制动态的大脑活动来支持不同的认知需求。这种效率可以从网络可控性中推断出来,网络可控性代表了大脑基于白质连接在不同心理状态之间移动的轻松程度。然而,目前还不清楚大脑网络如何在出生时支持不同的功能,这是一个连接快速变化的时期。在这里,我们调查了521例新生儿在围产期网络可控性的发展和早产的影响。我们提供的证据表明,可控性元素早在婴儿的妊娠晚期就出现在其大脑中,并在整个围产期迅速发展。早产破坏了大脑网络的发育,并改变了驱动不同水平的状态转换所需的能量。此外,出生时的可控性与18个月时的认知能力有关。我们的研究结果表明,网络可控性在围产期迅速发展,以支持认知需求,但可能会被早产等环境影响所改变。

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