Neuroimaging of large populations is valuable to identify factors that promote or resist brain disease, and to assist diagnosis, subtyping, and prognosis. Data-driven models such as convolutional neural networks (CNNs) have increasingly been applied to brain images to perform diagnostic and prognostic tasks by learning robust features. Vision transformers (ViT) - a new class of deep learning architectures - have emerged in recent years as an alternative to CNNs for several computer vision applications. Here we tested variants of the ViT architecture for a range of desired neuroimaging downstream tasks based on difficulty, in this case for sex and Alzheimer's disease (AD) classification based on 3D brain MRI. In our experiments, two vision transformer architecture variants achieved an AUC of 0.987 for sex and 0.892 for AD classification, respectively. We independently evaluated our models on data from two benchmark AD datasets. We achieved a performance boost of 5% and 9-10% upon fine-tuning vision transformer models pre-trained on synthetic (generated by a latent diffusion model) and real MRI scans, respectively. Our main contributions include testing the effects of different ViT training strategies including pre-training, data augmentation and learning rate warm-ups followed by annealing, as pertaining to the neuroimaging domain. These techniques are essential for training ViT-like models for neuroimaging applications where training data is usually limited. We also analyzed the effect of the amount of training data utilized on the test-time performance of the ViT via data-model scaling curves.


翻译:大量人群的神经成像对于确定促进或抵制脑疾病的因素以及帮助诊断、分型和预测来说是有价值的。数据驱动模型,如3D脑MRI的性与阿尔茨海默氏病分类(AD),越来越多地应用到大脑图像中,以便通过学习强健的特征来进行诊断和预测性任务。近年来出现了视觉变异器(ViT)——一个新的深层次学习结构类别——作为CNN的若干计算机视觉应用的替代。我们在这里测试了ViT结构结构的变异模型,用于根据困难,在性与阿尔茨海默氏病(AD)分类(AD)进行一系列理想的神经成型下游任务。在我们的实验中,两种视觉变异模型分别实现了0.987的性诊断和预测性任务。我们独立评估了两个基准AD数据集的数据模型的模型。我们通过精细调的视觉变异模型(由潜伏的传播模型产生)和真实的MRI扫描,我们的主要变异变异变异结构结构结构结构结构模型的测试结果包括不同的数据测试,这些变异性数据分析模型的变异性数据模型的变异性数据分析,这些是用来的变异性数据培训前的变异的变异性数据分析模型,其中的变异性数据分析方法,这些模型的变异性数据分析模型的变异性数据模型的变异性数据分析模型的演化模型的演化模型的演化过程的演化过程的变法,包括不同的数据分析方法,其中包括不同的数据分析方法的变法,这些数据分析方法的变式的变异性数据模型的变异性数据分析模型的变异性模型的变异性数据分析方法的变式,其中包括不同的数据模型的演化模型的变式,其中包括不同的数据模型的演化数据模型的演化数据模型的变式的变式,用来的变式的变法的变式的变式的变式的变式的变制数据模型是用来的变式的变式的变式的变式的变式的变式的变制数据分析方法的变式的变式的变式的变式的变式,其中包括不同的数据,其中包括不同的数据分析方法。</s>

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