Assessing atypical brain functional connectivity development: An approach based on generative adversarial networks

Autor(es)

Dos Santos, Pedro Machado Nery ; Mendes, Sergio Leonardo ; Biazoli, Claudinei ; Gadelha, Ary ; Salum, Giovanni Abrahao ; Miguel, Euripedes Constantino ; Rohde, Luis Augusto ; Sato, Joao Ricardo

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: FRONTIERS IN NEUROSCIENCE; v. 16, p. 12-pg., 2023-01-09.

Resumo

Generative Adversarial Networks (GANs) are promising analytical tools in machine learning applications. Characterizing atypical neurodevelopmental processes might be useful in establishing diagnostic and prognostic biomarkers of psychiatric disorders. In this article, we investigate the potential of GANs models combined with functional connectivity (FC) measures to build a predictive neurotypicality score 3-years after scanning. We used a ROI-to-ROI analysis of resting-state functional magnetic resonance imaging (fMRI) data from a community-based cohort of children and adolescents (377 neurotypical and 126 atypical participants). Models were trained on data from neurotypical participants, capturing their sample variability of FC. The discriminator subnetwork of each GAN model discriminated between the learned neurotypical functional connectivity pattern and atypical or unrelated patterns. Discriminator models were combined in ensembles, improving discrimination performance. Explanations for the model's predictions are provided using the LIME (Local Interpretable Model-Agnostic) algorithm and local hubs are identified in light of these explanations. Our findings suggest this approach is a promising strategy to build potential biomarkers based on functional connectivity. (AU)

• Processo FAPESP: 22/07782-3 - Avaliação de neurodesenvolvimento infantil por meio de neuroimagens e modelos de redes neurais profundas
• Beneficiário: Sergio Leonardo Mendes
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 18/04654-9 - Séries temporais, ondaletas e dados de alta dimensão
• Beneficiário: Pedro Alberto Morettin
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 20/04119-6 - Geração, discriminação e Metrificação de padrões de conectividade funcional cerebral
• Beneficiário: Pedro Machado Nery dos Santos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Processo FAPESP: 14/50917-0 - INCT 2014: psiquiatria do desenvolvimento para crianças e adolescentes
• Beneficiário: Eurípedes Constantino Miguel Filho
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 21/05332-8 - Coorte de alto risco para transtornos psiquiátricos: seguimento de 10 anos
• Beneficiário: Rodrigo Affonseca Bressan
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 18/21934-5 - Estatística de redes: teoria, métodos e aplicações
• Beneficiário: André Fujita
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático