The human cerebral cortex has many bumps and grooves called gyri and sulci. Even though there is a high inter-individual consistency for the main cortical folds, this is not the case when we examine the exact shapes and details of the folding patterns. Because of this complexity, characterizing the cortical folding variability and relating them to subjects' behavioral characteristics or pathologies is still an open scientific problem. Classical approaches include labeling a few specific patterns, either manually or semi-automatically, based on geometric distances, but the recent availability of MRI image datasets of tens of thousands of subjects makes modern deep-learning techniques particularly attractive. Here, we build a self-supervised deep-learning model to detect folding patterns in the cingulate region. We train a contrastive self-supervised model (SimCLR) on both Human Connectome Project (1101 subjects) and UKBioBank (21070 subjects) datasets with topological-based augmentations on the cortical skeletons, which are topological objects that capture the shape of the folds. We explore several backbone architectures (convolutional network, DenseNet, and PointNet) for the SimCLR. For evaluation and testing, we perform a linear classification task on a database manually labeled for the presence of the "double-parallel" folding pattern in the cingulate region, which is related to schizophrenia characteristics. The best model, giving a test AUC of 0.76, is a convolutional network with 6 layers, a 10-dimensional latent space, a linear projection head, and using the branch-clipping augmentation. This is the first time that a self-supervised deep learning model has been applied to cortical skeletons on such a large dataset and quantitatively evaluated. We can now envisage the next step: applying it to other brain regions to detect other biomarkers.


翻译:人类大脑皮层有许多凸起和凹陷,分别称为脑回和脑沟。尽管主要皮层折叠在个体间具有较高的一致性,但当我们考察折叠模式的确切形状和细节时,情况却并非如此。由于这种复杂性,表征皮层折叠变异性并将其与受试者的行为特征或病理相关联,仍然是一个悬而未决的科学问题。经典方法包括基于几何距离手动或半自动标记少数特定模式,但最近数万名受试者的MRI图像数据集的出现,使得现代深度学习技术变得尤为吸引人。在此,我们构建了一个自监督深度学习模型,用于检测扣带回区域的折叠模式。我们在Human Connectome Project(1101名受试者)和UKBioBank(21070名受试者)数据集上训练对比自监督模型(SimCLR),并对皮层骨架进行基于拓扑的增强——皮层骨架是捕捉折叠形状的拓扑对象。我们为SimCLR探索了多种骨干架构(卷积网络、DenseNet和PointNet)。为进行评估和测试,我们在一个手动标记扣带回区域是否存在"双平行"折叠模式(该模式与精神分裂症特征相关)的数据库上执行线性分类任务。最佳模型在测试集上达到0.76的AUC,该模型采用6层卷积网络、10维潜在空间、线性投影头,并使用分支裁剪增强。这是首次将自监督深度学习模型应用于如此大规模数据集的皮层骨架,并进行了定量评估。现在我们可以设想下一步:将其应用于其他脑区以检测其他生物标志物。

0
下载
关闭预览

相关内容

【AAAI2022】面向多标签分类的端到端概率标签特征学习
专知会员服务
32+阅读 · 2022年1月27日
专知会员服务
33+阅读 · 2021年3月7日
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
学习自然语言处理路线图
专知会员服务
140+阅读 · 2019年9月24日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月11日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月11日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月9日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月8日
Arxiv
16+阅读 · 2022年5月17日
VIP会员
最新内容
“Maven计划”的发展演变之“Maven智能系统”应用
《无人机革命:来自俄乌战场的启示》(报告)
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:48
《实现联合作战能力所需的技术》58页报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:30
以色列运用人工智能优化空袭警报系统
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:20
以色列在多条战线部署AI智能体
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:12
2025年大语言模型进展报告
专知会员服务
16+阅读 · 4月25日
多智能体协作机制
专知会员服务
14+阅读 · 4月25日
非对称优势:美海军开发低成本反无人机技术
专知会员服务
9+阅读 · 4月25日
相关资讯
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员