Diffusion MRI probes brain microstructure with particular sensitivity to early cerebrovascular and neurodegenerative changes. Neurite Orientation Dispersion and Density Imaging (NODDI) decomposes the diffusion signal into three biophysically interpretable maps: neurite density index (NDI), orientation dispersion index (ODI), and free water fraction (FWF), capturing neurite packing, fiber coherence, and extracellular fluid. These 3D maps offer a rich substrate for transferable microstructural representations, yet integrating them is challenging: standard representation learning struggles to disentangle the unique information in each map from their shared and synergistic interactions. We present BrainFIBRE, the first foundation model for brain microstructure, pretrained on NODDI-derived maps from 55,592 UK Biobank participants. We propose Self-supervised Partial Information Decomposition (SPID), which extends PID-guided multimodal learning to the self-supervised regime for the first time. A novel Counterfactual Candidate Construction (CCC) paradigm perturbs inter-modality alignment through modality dropping and swapping, providing the contrastive signal for a Mixture-of-Experts architecture to disentangle unique, synergistic, and redundant information without any downstream label. On both Caucasian and Asian cohorts, BrainFIBRE achieves state-of-the-art performance across diverse tasks predicting age, sex, cerebrovascular and neurodegenerative markers, and cognition, while yielding neurobiologically interpretable representations that reveal task- and cohort-specific interaction patterns. BrainFIBRE establishes a versatile foundation for neuroimaging analysis at the microstructural level.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

《计算机信息》杂志发表高质量的论文,扩大了运筹学和计算的范围,寻求有关理论、方法、实验、系统和应用方面的原创研究论文、新颖的调查和教程论文,以及描述新的和有用的软件工具的论文。官网链接:https://pubsonline.informs.org/journal/ijoc
Brief Bioinform | 最新深度学习癌症药敏预测算法评测
专知会员服务
16+阅读 · 2023年1月9日
[ICML2022] NeuroFluid: 流体仿真的人工智能新范式
专知会员服务
28+阅读 · 2022年6月8日
【GNN】MPNN:消息传递神经网络
深度学习自然语言处理
17+阅读 · 2020年4月11日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
基础 | GRU神经网络
黑龙江大学自然语言处理实验室
27+阅读 · 2018年3月5日
【AAAI专题】论文分享:以生物可塑性为核心的类脑脉冲神经网络
中国科学院自动化研究所
15+阅读 · 2018年1月23日
论文浅尝 | Improved Neural Relation Detection for KBQA
开放知识图谱
13+阅读 · 2018年1月21日
LibRec 每周算法:DeepFM
LibRec智能推荐
14+阅读 · 2017年11月6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
0+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
VIP会员
最新内容
《衡量语言模型中的作战规划能力》
专知会员服务
9+阅读 · 10月20日
Maven智能系统:帕兰提尔军事人工智能平台详解
专知会员服务
9+阅读 · 10月20日
《测试自动化框架在敏捷软件开发中的角色》
专知会员服务
7+阅读 · 10月20日
俄罗斯如何拦截乌克兰无人机与巡航导弹
专知会员服务
11+阅读 · 10月15日
《武器-目标分配问题:精确与近似求解算法》
专知会员服务
15+阅读 · 10月15日
现代电磁战:集成式系统簇时代如何实现频谱优势
综述|谁来改进机器人?迈向物理递归自我改进
专知会员服务
11+阅读 · 10月14日
软件定义无人机蜂群给防空带来全新压力
专知会员服务
10+阅读 · 10月13日
相关VIP内容
Brief Bioinform | 最新深度学习癌症药敏预测算法评测
专知会员服务
16+阅读 · 2023年1月9日
[ICML2022] NeuroFluid: 流体仿真的人工智能新范式
专知会员服务
28+阅读 · 2022年6月8日
相关资讯
【GNN】MPNN:消息传递神经网络
深度学习自然语言处理
17+阅读 · 2020年4月11日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
基础 | GRU神经网络
黑龙江大学自然语言处理实验室
27+阅读 · 2018年3月5日
【AAAI专题】论文分享:以生物可塑性为核心的类脑脉冲神经网络
中国科学院自动化研究所
15+阅读 · 2018年1月23日
论文浅尝 | Improved Neural Relation Detection for KBQA
开放知识图谱
13+阅读 · 2018年1月21日
LibRec 每周算法:DeepFM
LibRec智能推荐
14+阅读 · 2017年11月6日
相关基金
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
0+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员