Understanding the complex mechanisms of the brain can be unraveled by extracting the Dynamic Effective Connectome (DEC). Recently, score-based Directed Acyclic Graph (DAG) discovery methods have shown significant improvements in extracting the causal structure and inferring effective connectivity. However, learning DEC through these methods still faces two main challenges: one with the fundamental impotence of high-dimensional dynamic DAG discovery methods and the other with the low quality of fMRI data. In this paper, we introduce Bayesian Dynamic DAG learning with M-matrices Acyclicity characterization \textbf{(BDyMA)} method to address the challenges in discovering DEC. The presented dynamic causal model enables us to discover bidirected edges as well. Leveraging an unconstrained framework in the BDyMA method leads to more accurate results in detecting high-dimensional networks, achieving sparser outcomes, making it particularly suitable for extracting DEC. Additionally, the score function of the BDyMA method allows the incorporation of prior knowledge into the process of dynamic causal discovery which further enhances the accuracy of results. Comprehensive simulations on synthetic data and experiments on Human Connectome Project (HCP) data demonstrate that our method can handle both of the two main challenges, yielding more accurate and reliable DEC compared to state-of-the-art and baseline methods. Additionally, we investigate the trustworthiness of DTI data as prior knowledge for DEC discovery and show the improvements in DEC discovery when the DTI data is incorporated into the process.


翻译:理解大脑复杂机制可通过提取动态有效连接组(DEC)得以揭示。近期,基于评分的动态有向无环图(DAG)发现方法在提取因果结构与推断有效连接性方面展现出显著进步。然而,通过这些方法学习DEC仍面临两大主要挑战:一是高维动态DAG发现方法的根本性功能不足,二是fMRI数据质量低下。本文提出结合M-矩阵无环性表征的贝叶斯动态DAG学习(BDyMA)方法,以应对DEC发现中的挑战。所提出的动态因果模型还能发现双向边。BDyMA方法采用无约束框架,在检测高维网络时能获得更精确结果,实现更稀疏的输出,特别适用于DEC提取。此外,BDyMA方法的评分函数允许将先验知识融入动态因果发现过程,进一步提升了结果的准确性。基于合成数据的全面仿真及人类连接组计划(HCP)数据的实验表明,我们的方法可应对上述两大挑战,相比现有最优方法及基线方法能产生更准确可靠的DEC。同时,我们探究了DTI数据作为DEC发现先验知识的可信度,并展示了在流程中融入DTI数据时DEC发现的改进效果。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29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
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017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
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+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
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
专知会员服务
1+阅读 · 今天7:28
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
7+阅读 · 6月15日
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
8+阅读 · 6月15日
俄乌战场地面机器人如何改写战争规则
专知会员服务
9+阅读 · 6月14日
相关VIP内容
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29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
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017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
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员