Normative modeling enables individualized characterization of structural brain deviations by evaluating subjects against a reference population rather than a group average. Most existing implementations treat brain regions independently and remain cross-sectional, despite the availability of repeated neuroimaging measurements and the well-documented spatial organization of neuroanatomical variation. We propose a Bayesian longitudinal spatial normative model that jointly captures within-subject temporal dependence and spatially structured subject-specific deviations within a unified hierarchical framework. The individualized deviation map is treated as a latent spatial process with an explicit posterior distribution, yielding a principled Bayes estimator under squared error loss rather than an ad hoc residual summary. Across six simulation scenarios encompassing varying spatial dependence, nonlinear trajectories, irregular visit schedules, and missing follow-up, the proposed model consistently reduced deviation-map reconstruction error relative to independent cross-sectional and longitudinal non-spatial benchmarks while maintaining stable calibration. In an application to OASIS-3 structural MRI data, the model reduced RMSE by 54% relative to the independent cross-sectional model and by 45% relative to the longitudinal non-spatial model. Regional deviation burden was concentrated in the temporal pole, entorhinal cortex, inferior temporal cortex, posterior cingulate, and parahippocampal cortex, consistent with regions implicated in early Alzheimer-type neurodegeneration. Subject-level profiles revealed substantial heterogeneity in regional abnormality patterns, including marked multiregional deviation with preserved global cognitive scores.


翻译:规范建模通过将受试者与参考人群而非群体平均值进行比较,实现对结构性脑偏差的个体化表征。现有的大多数实现将脑区视为独立变量,且仍为横截面设计,尽管重复神经影像测量已可用,且神经解剖变异的空间组织已有充分文献记载。我们提出了一种贝叶斯纵向空间规范模型,该模型在统一的层次化框架内联合捕获受试者内时间依赖性和空间结构化的受试者特异性偏差。个体化偏差图被视为具有显式后验分布的潜在空间过程,在平方误差损失下产生基于原理的贝叶斯估计量,而非特设的残差汇总。在涵盖不同空间依赖性、非线性轨迹、不规则访视计划和缺失随访的六种模拟场景下,与独立的横截面和纵向非空间基准相比,所提模型在保持稳定校准的同时,持续降低了偏差图重建误差。在应用于OASIS-3结构性MRI数据时,该模型相对于独立横截面模型将RMSE降低了54%,相对于纵向非空间模型降低了45%。区域偏差负荷集中在颞极、内嗅皮层、颞下回、后扣带回和海马旁回,这与早期阿尔茨海默型神经退行性变所涉及的脑区一致。受试者层面轮廓揭示了区域异常模式的显著异质性,包括在全局认知评分保持正常情况下出现显著的多区域偏差。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
【干货书】贝叶斯推断随机过程,449页pdf
专知
31+阅读 · 2020年8月27日
【新书册】贝叶斯神经网络,41页pdf
专知
29+阅读 · 2020年6月3日
深入理解BERT Transformer ,不仅仅是注意力机制
大数据文摘
22+阅读 · 2019年3月19日
类脑计算的前沿论文,看我们推荐的这7篇
人工智能前沿讲习班
21+阅读 · 2019年1月7日
贝叶斯机器学习前沿进展
机器学习研究会
21+阅读 · 2018年1月21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
0+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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+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
18+阅读 · 2012年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关VIP内容
相关基金
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
0+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
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+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
18+阅读 · 2012年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员