論文の概要: Adapting Machine Learning Diagnostic Models to New Populations Using a
Small Amount of Data: Results from Clinical Neuroscience
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.03175v1
- Date: Sun, 6 Aug 2023 18:05:39 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-08-08 16:11:08.367759
- Title: Adapting Machine Learning Diagnostic Models to New Populations Using a
Small Amount of Data: Results from Clinical Neuroscience
- Title（参考訳）: 少量のデータを用いた機械学習診断モデルの新規人口への適応:臨床神経科学の成果
- Authors: Rongguang Wang, Guray Erus, Pratik Chaudhari, Christos Davatzikos
- Abstract要約: 我々は、ソースグループからのデータを最適に組み合わせ、ターゲットグループで予測する、重み付き経験的リスク最小化手法を開発した。
本研究では,アルツハイマー病の診断と脳年齢推定のためのMLモデルを構築するため,20の神経画像研究から15,363人のマルチソースデータに適用した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 17.161866044628205
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Machine learning (ML) has shown great promise for revolutionizing a number of
areas, including healthcare. However, it is also facing a reproducibility
crisis, especially in medicine. ML models that are carefully constructed from
and evaluated on a training set might not generalize well on data from
different patient populations or acquisition instrument settings and protocols.
We tackle this problem in the context of neuroimaging of Alzheimer's disease
(AD), schizophrenia (SZ) and brain aging. We develop a weighted empirical risk
minimization approach that optimally combines data from a source group, e.g.,
subjects are stratified by attributes such as sex, age group, race and clinical
cohort to make predictions on a target group, e.g., other sex, age group, etc.
using a small fraction (10%) of data from the target group. We apply this
method to multi-source data of 15,363 individuals from 20 neuroimaging studies
to build ML models for diagnosis of AD and SZ, and estimation of brain age. We
found that this approach achieves substantially better accuracy than existing
domain adaptation techniques: it obtains area under curve greater than 0.95 for
AD classification, area under curve greater than 0.7 for SZ classification and
mean absolute error less than 5 years for brain age prediction on all target
groups, achieving robustness to variations of scanners, protocols, and
demographic or clinical characteristics. In some cases, it is even better than
training on all data from the target group, because it leverages the diversity
and size of a larger training set. We also demonstrate the utility of our
models for prognostic tasks such as predicting disease progression in
individuals with mild cognitive impairment. Critically, our brain age
prediction models lead to new clinical insights regarding correlations with
neurophysiological tests.
- Abstract（参考訳）: 機械学習(ML)は、医療を含む多くの分野に革命をもたらす大きな可能性を示している。
しかし、特に医学において再現性の危機に直面している。
トレーニングセットから注意深く構築され、評価されたmlモデルは、異なる患者集団のデータや取得機器の設定やプロトコルに基づいてうまく一般化できない可能性がある。
我々は、アルツハイマー病(AD)、統合失調症(SZ)、脳老化の神経画像化の文脈でこの問題に取り組む。
例えば、性別、年齢、人種、臨床コホートなどの属性によって分類され、ターゲットグループ、例えば、他の性別、年齢グループなどにおいて、対象グループから少ない割合(10%)のデータを用いて予測を行う、重み付き経験的リスク最小化アプローチを開発する。
本手法を20の神経画像研究から得られた15,363人のマルチソースデータに適用し,ADとSZの診断と脳年齢推定のためのMLモデルを構築した。
提案手法は,AD分類で0.95以上,SZ分類で0.7以上,脳年齢予測で5年未満で絶対誤差が得られ,スキャナ,プロトコル,人口統計学的特徴の変動に対する堅牢性を実現している。
一部のケースでは、より大きなトレーニングセットの多様性とサイズを活用するため、ターゲットグループからすべてのデータをトレーニングするよりも優れています。
また,軽度認知障害者における疾患進行の予測などの予後タスクにおけるモデルの有用性を実証した。
批判的に、脳年齢予測モデルは神経生理学的検査との相関に関する新しい臨床知見をもたらす。
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