Multimodal MRI Accurately Identifies Amyloid Status in Unbalanced Cohorts in Alzheimer’s Disease Continuum

要約

神経原線維変化の形をした過剰リン酸化タウタンパク質と結合したアミロイド$\beta$ (A$\beta$) プラークは、アルツハイマー病の 2 つの神経病理学的特徴です。
A$\beta$ 陽性の個人を特定することで早期診断が可能になる可能性があることはよく知られています。
この研究では、構造的、機能的、拡散MRIによって明らかになった、根底にある構造的および結合性の疾患誘発性変調を利用して、さまざまな疾患段階の被験者を含む不均衡なコホートにおけるA$\beta$陽性状態を捕捉することを目的としています。
注目すべきことに、コホートの不均衡により、結果はアミロイド蓄積ではなくそれらの要因によって左右される可能性があります。
各モダリティによって提供される部分ビューはモデルに統合されており、A$\beta$ 蓄積の効果をエンコードする際にそれらの相補性を最大限に活用できるため、$0.762\pm0.04$ の精度が得られます。
各モダリティによってもたらされる情報の特異性は、\textit{事後}説明可能性分析 (ガイド付きバックプロパゲーション) によって評価され、根底にある構造的および機能的変化が強調されます。
A$\beta$ の沈着に関連する注目に値する十分に確立されたバイオマーカーの主要領域は、海馬、視床、楔前部、帯状回を含むすべてのモダリティによって同定でき、この方法の信頼性とその可能性が実証されました。
モダリティ固有のおそらく未知の A$\beta$ 沈着サインに光を当てます。

要約(オリジナル)

Amyloid-$\beta$ (A$\beta$) plaques in conjunction with hyperphosphorylated tau proteins in the form of neurofibrillary tangles are the two neuropathological hallmarks of Alzheimer’s disease. It is well-known that the identification of individuals with A$\beta$ positivity could enable early diagnosis. In this work, we aim at capturing the A$\beta$ positivity status in an unbalanced cohort enclosing subjects at different disease stages, exploiting the underlying structural and connectivity disease-induced modulations as revealed by structural, functional, and diffusion MRI. Of note, due to the unbalanced cohort, the outcomes may be guided by those factors rather than amyloid accumulation. The partial views provided by each modality are integrated in the model allowing to take full advantage of their complementarity in encoding the effects of the A$\beta$ accumulation, leading to an accuracy of $0.762\pm0.04$. The specificity of the information brought by each modality is assessed by \textit{post-hoc} explainability analysis (guided backpropagation), highlighting the underlying structural and functional changes. Noteworthy, well-established biomarker key regions related to A$\beta$ deposition could be identified by all modalities, including the hippocampus, thalamus, precuneus, and cingulate gyrus, witnessing in favor of the reliability of the method as well as its potential in shading light on modality-specific possibly unknown A$\beta$ deposition signatures.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google