Alzheimer's Disease (AD) is a progressive neurodegenerative disease and the leading cause of dementia. Early diagnosis is critical for patients to benefit from potential intervention and treatment. The retina has been hypothesized as a diagnostic site for AD detection owing to its anatomical connection with the brain. Developed AI models for this purpose have yet to provide a rational explanation about the decision and neither infer the stage of disease's progression. Along this direction, we propose a novel model-agnostic explainable-AI framework, called Granular Neuron-level Explainer (LAVA), an interpretation prototype that probes into intermediate layers of the Convolutional Neural Network (CNN) models to assess the AD continuum directly from the retinal imaging without longitudinal or clinical evaluation. This method is applied to validate the retinal vasculature as a biomarker and diagnostic modality for Alzheimer's Disease (AD) evaluation. UK Biobank cognitive tests and vascular morphological features suggest LAVA shows strong promise and effectiveness in identifying AD stages across the progression continuum.


翻译:阿尔茨海默病(AD)是神经退行性疾病和失智症的主要原因,早期诊断对患者从潜在的干预和治疗中受益至关重要。视网膜由于其与大脑的解剖联系而被假定为AD检测的一个诊断部位。开发的AI模型尚未对决策提供合理的解释,也没有推断疾病进展的阶段。沿着这个方向,我们提出一种新的模型无关的可解释AI框架,称为基于颗粒神经元级别的解释器( LAVA),这是一个解释原型,探索卷积神经网络(CNN)模型的中间层,以从视网膜图像直接评估阿尔茨海默病(AD)的连续性,而无需纵向或临床评估。该方法应用于验证视网膜血管形态特征作为阿尔茨海默病(AD)评估的生物标记和诊断模式。英国生物库的认知测试和血管形态特征表明,LAVA在识别阿尔茨海默病阶段的进展过程中具有强大的前途和有效性。

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