m+Medelevator.RU
← Поиск публикаций
Computer methods and programs in biomedicine · 2025

Стратегия компенсационной состязательной оптимизации для прогнозирования контрфактных траекторий атрофии серых веществ.

СтатьяНазвание и аннотация: Машинный перевод · не проверен
Обработка статьи · этапы, ошибки и управление
Загрузка состояния…

История · было → стало

Состояние обновляется каждые 5 секунд, пока блок открыт. Процент показывается только там, где известен объём работы. Пауза останавливает продолжение этапа; текущий запрос к источнику может завершиться.

Barile Berardino, Chen Enyi, Grenier Thomas, Sappey-Marinier Dominique

Аннотация

СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ И ЦЕЛЬ: Контрафактные объяснения позволяют получить ценную информацию о поведении моделей машинного обучения, описывая гипотетические сценарии, которые приведут к различным результатам. В биомедицинской области, такой, как нейроимация в связи с множественным склерозом (MS), контрфактические рассуждения могут способствовать более глубокому пониманию механизмов лечения заболеваний и их последствий. Вместе с тем создание анатомически вероятных контрфактов, которые хорошо обобщают невидимые данные, по-прежнему является серьезной проблемой. МЕТОДЫ: Мы предлагаем основывающиеся на оптимизации состязательные рамки для создания реалистичных контрфактных траекторий толщины кортикального серого вещества (GM) у пациентов с НР. В этом методе используются градиенты предварительно подготовленного классификатора MS для ориентации процесса формирования желаемого состояния болезней при одновременном обеспечении соблюдения анатомических ограничений и отвлечении сигналов, имеющих отношение к болезням, от таких смешающих факторов, как возраст и пол. РЕЗУЛЬТАТЫ: Наш подход успешно позволяет получить убедительные контрфактические карты толщины ГМ, которые отражают известные анатомические модели движения MS. Полученные траектории обеспечивают согласованность с биологической структурой и повышают интерпретируемость типовых решений. Что касается данных, полученных в ходе испытаний в режиме ожидания, то наш метод позволяет получить классификацию AUC 0,893 и продемонстрировать мощное слияние, при этом средняя абсолютная ошибка отклонения (MADE) составляет 8,72 года по возрасту и 0,14 года по полу, а косинус при сопоставлении оригинальных и контрфактических случаев составляет 0,11. Способность изменять прогнозируемое состояние болезни, сохраняя при этом смешанные переменные, свидетельствует о сильной дисфункции нашей модели. Эти результаты подтверждают эффективность этого метода в создании реалистичных и анатомически согласованных контрфактуальных данных, превосходящих самые современные исходные показатели по нескольким параметрам.ВЫВОДЫ: В настоящем исследовании предлагается новый метод обратного поколения, который дает интерпретируемые, анатомически обоснованные объяснения эволюции MS. Эти рамки служат мощным инструментом формирования гипотезы и проверки достоверности моделей в биомедицинских исследованиях, особенно в тех случаях, когда решающее значение имеют механизмы понимания заболеваний.
Оригинал публикации

A generative adversarial optimization strategy for predicting counterfactual trajectories of grey matter atrophy.

BACKGROUND AND OBJECTIVE: Counterfactual explanations offer valuable insights into the behavior of machine learning models by describing hypothetical scenarios that would lead to different outcomes. In the biomedical domain, such as neuroimaging for Multiple Sclerosis (MS), counterfactual reasoning has the potential to enhance understanding of disease mechanisms and treatment effects. However, generating anatomically plausible counterfactuals that generalize well to unseen data remains a major challenge.

METHODS: We propose an optimization-based adversarial framework for generating realistic counterfactual trajectories of cortical grey matter (GM) thickness in MS patients. The method uses the gradients of a pre-trained MS classifier to guide the generation process towards a desired disease state while enforcing anatomical constraints and disentangling disease-relevant signals from confounding factors such as age and sex.

RESULTS: Our approach successfully produces plausible counterfactual GM thickness maps that reflect known anatomical patterns of MS progression. The generated trajectories maintain consistency with biological structure and improve interpretability of model decisions. On held-out test data, our method achieves a classification AUC of 0.893 and demonstrates strong confounder preservation, with a Mean Absolute Deviation Error (MADE) of 8.72 years for age and 0.14 for sex, and a cosine distance of 0.11 when comparing original and counterfactual instances. The ability to alter the predicted disease state while preserving the confounding variables highlights the strong disentanglement capability of our model. These results confirm the method's effectiveness in generating realistic and anatomically coherent counterfactuals, outperforming state-of-the-art baselines across multiple metrics.

CONCLUSIONS: This study introduces a novel counterfactual generation method that provides interpretable, anatomically grounded explanations of MS progression. The framework serves as a powerful tool for hypothesis generation and model validation in biomedical imaging studies, particularly where understanding disease mechanisms is crucial.

Предметные рубрики MeSH

ИП Урсолов Владлен Сергеевич

ИНН 500118482352 · ОГРНИП 314500117700049

Реквизиты и контакты